folly/DiscriminatedPtr.h

   1 /*
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   4  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
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   8  *   http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
   9  *
  10  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
  11  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
  12  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
  13  * See the License for the specific language governing permissions and
  14  * limitations under the License.
  15  */
  16
  17 /**
  18  * Discriminated pointer: Type-safe pointer to one of several types.
  19  *
  20  * Similar to boost::variant, but has no space overhead over a raw pointer, as
  21  * it relies on the fact that (on x86_64) there are 16 unused bits in a
  22  * pointer.
  23  *
  24  * @author Tudor Bosman (tudorb@fb.com)
  25  */
  26
  27 #pragma once
  28
  29 #include <limits>
  30 #include <stdexcept>
  31
  32 #include <glog/logging.h>
  33
  34 #include <folly/Likely.h>
  35 #include <folly/Portability.h>
  36 #include <folly/detail/DiscriminatedPtrDetail.h>
  37
  38 #if !FOLLY_X64 && !FOLLY_AARCH64 && !FOLLY_PPC64
  39 # error "DiscriminatedPtr is x64, arm64 and ppc64 specific code."
  40 #endif
  41
  42 namespace folly {
  43
  44 /**
  45  * Discriminated pointer.
  46  *
  47  * Given a list of types, a DiscriminatedPtr<Types...> may point to an object
  48  * of one of the given types, or may be empty.  DiscriminatedPtr is type-safe:
  49  * you may only get a pointer to the type that you put in, otherwise get
  50  * throws an exception (and get_nothrow returns nullptr)
  51  *
  52  * This pointer does not do any kind of lifetime management -- it's not a
  53  * "smart" pointer.  You are responsible for deallocating any memory used
  54  * to hold pointees, if necessary.
  55  */
  56 template <typename... Types>
  57 class DiscriminatedPtr {
  58   // <, not <=, as our indexes are 1-based (0 means "empty")
  59   static_assert(sizeof...(Types) < std::numeric_limits<uint16_t>::max(),
  60                 "too many types");
  61
  62  public:
  63   /**
  64    * Create an empty DiscriminatedPtr.
  65    */
  66   DiscriminatedPtr() : data_(0) {
  67   }
  68
  69   /**
  70    * Create a DiscriminatedPtr that points to an object of type T.
  71    * Fails at compile time if T is not a valid type (listed in Types)
  72    */
  73   template <typename T>
  74   explicit DiscriminatedPtr(T* ptr) {
  75     set(ptr, typeIndex<T>());
  76   }
  77
  78   /**
  79    * Set this DiscriminatedPtr to point to an object of type T.
  80    * Fails at compile time if T is not a valid type (listed in Types)
  81    */
  82   template <typename T>
  83   void set(T* ptr) {
  84     set(ptr, typeIndex<T>());
  85   }
  86
  87   /**
  88    * Get a pointer to the object that this DiscriminatedPtr points to, if it is
  89    * of type T.  Fails at compile time if T is not a valid type (listed in
  90    * Types), and returns nullptr if this DiscriminatedPtr is empty or points to
  91    * an object of a different type.
  92    */
  93   template <typename T>
  94   T* get_nothrow() noexcept {
  95     void* p = LIKELY(hasType<T>()) ? ptr() : nullptr;
  96     return static_cast<T*>(p);
  97   }
  98
  99   template <typename T>
 100   const T* get_nothrow() const noexcept {
 101     const void* p = LIKELY(hasType<T>()) ? ptr() : nullptr;
 102     return static_cast<const T*>(p);
 103   }
 104
 105   /**
 106    * Get a pointer to the object that this DiscriminatedPtr points to, if it is
 107    * of type T.  Fails at compile time if T is not a valid type (listed in
 108    * Types), and throws std::invalid_argument if this DiscriminatedPtr is empty
 109    * or points to an object of a different type.
 110    */
 111   template <typename T>
 112   T* get() {
 113     if (UNLIKELY(!hasType<T>())) {
 114       throw std::invalid_argument("Invalid type");
 115     }
 116     return static_cast<T*>(ptr());
 117   }
 118
 119   template <typename T>
 120   const T* get() const {
 121     if (UNLIKELY(!hasType<T>())) {
 122       throw std::invalid_argument("Invalid type");
 123     }
 124     return static_cast<const T*>(ptr());
 125   }
 126
 127   /**
 128    * Return true iff this DiscriminatedPtr is empty.
 129    */
 130   bool empty() const {
 131     return index() == 0;
 132   }
 133
 134   /**
 135    * Return true iff the object pointed by this DiscriminatedPtr has type T,
 136    * false otherwise.  Fails at compile time if T is not a valid type (listed
 137    * in Types...)
 138    */
 139   template <typename T>
 140   bool hasType() const {
 141     return index() == typeIndex<T>();
 142   }
 143
 144   /**
 145    * Clear this DiscriminatedPtr, making it empty.
 146    */
 147   void clear() {
 148     data_ = 0;
 149   }
 150
 151   /**
 152    * Assignment operator from a pointer of type T.
 153    */
 154   template <typename T>
 155   DiscriminatedPtr& operator=(T* ptr) {
 156     set(ptr);
 157     return *this;
 158   }
 159
 160   /**
 161    * Apply a visitor to this object, calling the appropriate overload for
 162    * the type currently stored in DiscriminatedPtr.  Throws invalid_argument
 163    * if the DiscriminatedPtr is empty.
 164    *
 165    * The visitor must meet the following requirements:
 166    *
 167    * - The visitor must allow invocation as a function by overloading
 168    *   operator(), unambiguously accepting all values of type T* (or const T*)
 169    *   for all T in Types...
 170    * - All operations of the function object on T* (or const T*) must
 171    *   return the same type (or a static_assert will fire).
 172    */
 173   template <typename V>
 174   typename dptr_detail::VisitorResult<V, Types...>::type apply(V&& visitor) {
 175     size_t n = index();
 176     if (n == 0) throw std::invalid_argument("Empty DiscriminatedPtr");
 177     return dptr_detail::ApplyVisitor<V, Types...>()(
 178       n, std::forward<V>(visitor), ptr());
 179   }
 180
 181   template <typename V>
 182   typename dptr_detail::ConstVisitorResult<V, Types...>::type apply(V&& visitor)
 183   const {
 184     size_t n = index();
 185     if (n == 0) throw std::invalid_argument("Empty DiscriminatedPtr");
 186     return dptr_detail::ApplyConstVisitor<V, Types...>()(
 187       n, std::forward<V>(visitor), ptr());
 188   }
 189
 190  private:
 191   /**
 192    * Get the 1-based type index of T in Types.
 193    */
 194   template <typename T>
 195   uint16_t typeIndex() const {
 196     return uint16_t(dptr_detail::GetTypeIndex<T, Types...>::value);
 197   }
 198
 199   uint16_t index() const { return data_ >> 48; }
 200   void* ptr() const {
 201     return reinterpret_cast<void*>(data_ & ((1ULL << 48) - 1));
 202   }
 203
 204   void set(void* p, uint16_t v) {
 205     uintptr_t ip = reinterpret_cast<uintptr_t>(p);
 206     CHECK(!(ip >> 48));
 207     ip |= static_cast<uintptr_t>(v) << 48;
 208     data_ = ip;
 209   }
 210
 211   /**
 212    * We store a pointer in the least significant 48 bits of data_, and a type
 213    * index (0 = empty, or 1-based index in Types) in the most significant 16
 214    * bits.  We rely on the fact that pointers have their most significant 16
 215    * bits clear on x86_64.
 216    */
 217   uintptr_t data_;
 218 };
 219
 220 template <typename Visitor, typename... Args>
 221 decltype(auto) apply_visitor(
 222     Visitor&& visitor,
 223     const DiscriminatedPtr<Args...>& variant) {
 224   return variant.apply(std::forward<Visitor>(visitor));
 225 }
 226
 227 template <typename Visitor, typename... Args>
 228 decltype(auto) apply_visitor(
 229     Visitor&& visitor,
 230     DiscriminatedPtr<Args...>& variant) {
 231   return variant.apply(std::forward<Visitor>(visitor));
 232 }
 233
 234 template <typename Visitor, typename... Args>
 235 decltype(auto) apply_visitor(
 236     Visitor&& visitor,
 237     DiscriminatedPtr<Args...>&& variant) {
 238   return variant.apply(std::forward<Visitor>(visitor));
 239 }
 240
 241 } // namespace folly