folly/Optional.h

   1 /*
   2  * Copyright 2017 Facebook, Inc.
   3  *
   4  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
   5  * you may not use this file except in compliance with the License.
   6  * You may obtain a copy of the License at
   7  *
   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 #pragma once
  18
  19 /*
  20  * Optional - For conditional initialization of values, like boost::optional,
  21  * but with support for move semantics and emplacement.  Reference type support
  22  * has not been included due to limited use cases and potential confusion with
  23  * semantics of assignment: Assigning to an optional reference could quite
  24  * reasonably copy its value or redirect the reference.
  25  *
  26  * Optional can be useful when a variable might or might not be needed:
  27  *
  28  *  Optional<Logger> maybeLogger = ...;
  29  *  if (maybeLogger) {
  30  *    maybeLogger->log("hello");
  31  *  }
  32  *
  33  * Optional enables a 'null' value for types which do not otherwise have
  34  * nullability, especially useful for parameter passing:
  35  *
  36  * void testIterator(const unique_ptr<Iterator>& it,
  37  *                   initializer_list<int> idsExpected,
  38  *                   Optional<initializer_list<int>> ranksExpected = none) {
  39  *   for (int i = 0; it->next(); ++i) {
  40  *     EXPECT_EQ(it->doc().id(), idsExpected[i]);
  41  *     if (ranksExpected) {
  42  *       EXPECT_EQ(it->doc().rank(), (*ranksExpected)[i]);
  43  *     }
  44  *   }
  45  * }
  46  *
  47  * Optional models OptionalPointee, so calling 'get_pointer(opt)' will return a
  48  * pointer to nullptr if the 'opt' is empty, and a pointer to the value if it is
  49  * not:
  50  *
  51  *  Optional<int> maybeInt = ...;
  52  *  if (int* v = get_pointer(maybeInt)) {
  53  *    cout << *v << endl;
  54  *  }
  55  */
  56
  57 #include <cstddef>
  58 #include <functional>
  59 #include <new>
  60 #include <stdexcept>
  61 #include <type_traits>
  62 #include <utility>
  63
  64 #include <folly/Launder.h>
  65 #include <folly/Portability.h>
  66 #include <folly/Utility.h>
  67
  68 namespace folly {
  69
  70 template <class Value>
  71 class Optional;
  72
  73 namespace detail {
  74 struct NoneHelper {};
  75
  76 // Allow each translation unit to control its own -fexceptions setting.
  77 // If exceptions are disabled, std::terminate() will be called instead of
  78 // throwing OptionalEmptyException when the condition fails.
  79 [[noreturn]] void throw_optional_empty_exception();
  80
  81 template <class Value>
  82 struct OptionalPromiseReturn;
  83 } // namespace detail
  84
  85 typedef int detail::NoneHelper::*None;
  86
  87 const None none = nullptr;
  88
  89 class OptionalEmptyException : public std::runtime_error {
  90  public:
  91   OptionalEmptyException()
  92       : std::runtime_error("Empty Optional cannot be unwrapped") {}
  93 };
  94
  95 template <class Value>
  96 class Optional {
  97  public:
  98   typedef Value value_type;
  99
 100   static_assert(
 101       !std::is_reference<Value>::value,
 102       "Optional may not be used with reference types");
 103   static_assert(
 104       !std::is_abstract<Value>::value,
 105       "Optional may not be used with abstract types");
 106
 107   FOLLY_CPP14_CONSTEXPR Optional() noexcept {}
 108
 109   Optional(const Optional& src) noexcept(
 110       std::is_nothrow_copy_constructible<Value>::value) {
 111     if (src.hasValue()) {
 112       storage_.construct(src.value());
 113     }
 114   }
 115
 116   Optional(Optional&& src) noexcept(
 117       std::is_nothrow_move_constructible<Value>::value) {
 118     if (src.hasValue()) {
 119       storage_.construct(std::move(src.value()));
 120       src.clear();
 121     }
 122   }
 123
 124   FOLLY_CPP14_CONSTEXPR /* implicit */ Optional(const None&) noexcept {}
 125
 126   FOLLY_CPP14_CONSTEXPR /* implicit */ Optional(Value&& newValue) noexcept(
 127       std::is_nothrow_move_constructible<Value>::value) {
 128     storage_.construct(std::move(newValue));
 129   }
 130
 131   FOLLY_CPP14_CONSTEXPR /* implicit */ Optional(const Value& newValue) noexcept(
 132       std::is_nothrow_copy_constructible<Value>::value) {
 133     storage_.construct(newValue);
 134   }
 135
 136   template <typename... Args>
 137   FOLLY_CPP14_CONSTEXPR explicit Optional(in_place_t, Args&&... args) noexcept(
 138       std::is_nothrow_constructible<Value, Args...>::value) {
 139     storage_.construct(std::forward<Args>(args)...);
 140   }
 141
 142   // Used only when an Optional is used with coroutines on MSVC
 143   /* implicit */ Optional(const detail::OptionalPromiseReturn<Value>& p)
 144       : Optional{} {
 145     p.promise_->value_ = this;
 146   }
 147
 148   void assign(const None&) {
 149     clear();
 150   }
 151
 152   void assign(Optional&& src) {
 153     if (this != &src) {
 154       if (src.hasValue()) {
 155         assign(std::move(src.value()));
 156         src.clear();
 157       } else {
 158         clear();
 159       }
 160     }
 161   }
 162
 163   void assign(const Optional& src) {
 164     if (src.hasValue()) {
 165       assign(src.value());
 166     } else {
 167       clear();
 168     }
 169   }
 170
 171   void assign(Value&& newValue) {
 172     if (hasValue()) {
 173       *storage_.value_pointer() = std::move(newValue);
 174     } else {
 175       storage_.construct(std::move(newValue));
 176     }
 177   }
 178
 179   void assign(const Value& newValue) {
 180     if (hasValue()) {
 181       *storage_.value_pointer() = newValue;
 182     } else {
 183       storage_.construct(newValue);
 184     }
 185   }
 186
 187   template <class Arg>
 188   Optional& operator=(Arg&& arg) {
 189     assign(std::forward<Arg>(arg));
 190     return *this;
 191   }
 192
 193   Optional& operator=(Optional&& other) noexcept(
 194       std::is_nothrow_move_assignable<Value>::value) {
 195     assign(std::move(other));
 196     return *this;
 197   }
 198
 199   Optional& operator=(const Optional& other) noexcept(
 200       std::is_nothrow_copy_assignable<Value>::value) {
 201     assign(other);
 202     return *this;
 203   }
 204
 205   template <class... Args>
 206   void emplace(Args&&... args) {
 207     clear();
 208     storage_.construct(std::forward<Args>(args)...);
 209   }
 210
 211   void clear() {
 212     storage_.clear();
 213   }
 214
 215   FOLLY_CPP14_CONSTEXPR const Value& value() const & {
 216     require_value();
 217     return *storage_.value_pointer();
 218   }
 219
 220   FOLLY_CPP14_CONSTEXPR Value& value() & {
 221     require_value();
 222     return *storage_.value_pointer();
 223   }
 224
 225   FOLLY_CPP14_CONSTEXPR Value&& value() && {
 226     require_value();
 227     return std::move(*storage_.value_pointer());
 228   }
 229
 230   FOLLY_CPP14_CONSTEXPR const Value&& value() const && {
 231     require_value();
 232     return std::move(*storage_.value_pointer());
 233   }
 234
 235   const Value* get_pointer() const & {
 236     return storage_.value_pointer();
 237   }
 238   Value* get_pointer() & {
 239     return storage_.value_pointer();
 240   }
 241   Value* get_pointer() && = delete;
 242
 243   FOLLY_CPP14_CONSTEXPR bool hasValue() const noexcept {
 244     return storage_.hasValue();
 245   }
 246
 247   FOLLY_CPP14_CONSTEXPR explicit operator bool() const noexcept {
 248     return hasValue();
 249   }
 250
 251   FOLLY_CPP14_CONSTEXPR const Value& operator*() const & {
 252     return value();
 253   }
 254   FOLLY_CPP14_CONSTEXPR Value& operator*() & {
 255     return value();
 256   }
 257   FOLLY_CPP14_CONSTEXPR const Value&& operator*() const && {
 258     return std::move(value());
 259   }
 260   FOLLY_CPP14_CONSTEXPR Value&& operator*() && {
 261     return std::move(value());
 262   }
 263
 264   FOLLY_CPP14_CONSTEXPR const Value* operator->() const {
 265     return &value();
 266   }
 267   FOLLY_CPP14_CONSTEXPR Value* operator->() {
 268     return &value();
 269   }
 270
 271   // Return a copy of the value if set, or a given default if not.
 272   template <class U>
 273   FOLLY_CPP14_CONSTEXPR Value value_or(U&& dflt) const & {
 274     if (storage_.hasValue()) {
 275       return *storage_.value_pointer();
 276     }
 277
 278     return std::forward<U>(dflt);
 279   }
 280
 281   template <class U>
 282   FOLLY_CPP14_CONSTEXPR Value value_or(U&& dflt) && {
 283     if (storage_.hasValue()) {
 284       return std::move(*storage_.value_pointer());
 285     }
 286
 287     return std::forward<U>(dflt);
 288   }
 289
 290  private:
 291   void require_value() const {
 292     if (!storage_.hasValue()) {
 293       detail::throw_optional_empty_exception();
 294     }
 295   }
 296
 297   struct StorageTriviallyDestructible {
 298    protected:
 299     bool hasValue_;
 300     typename std::aligned_storage<sizeof(Value), alignof(Value)>::type
 301         value_[1];
 302
 303    public:
 304     StorageTriviallyDestructible() : hasValue_{false} {}
 305     void clear() {
 306       hasValue_ = false;
 307     }
 308   };
 309
 310   struct StorageNonTriviallyDestructible {
 311    protected:
 312     bool hasValue_;
 313     typename std::aligned_storage<sizeof(Value), alignof(Value)>::type
 314         value_[1];
 315
 316    public:
 317     StorageNonTriviallyDestructible() : hasValue_{false} {}
 318     ~StorageNonTriviallyDestructible() {
 319       clear();
 320     }
 321
 322     void clear() {
 323       if (hasValue_) {
 324         hasValue_ = false;
 325         launder(reinterpret_cast<Value*>(value_))->~Value();
 326       }
 327     }
 328   };
 329
 330   struct Storage : std::conditional<
 331                        std::is_trivially_destructible<Value>::value,
 332                        StorageTriviallyDestructible,
 333                        StorageNonTriviallyDestructible>::type {
 334     bool hasValue() const noexcept {
 335       return this->hasValue_;
 336     }
 337
 338     Value* value_pointer() {
 339       if (this->hasValue_) {
 340         return launder(reinterpret_cast<Value*>(this->value_));
 341       }
 342       return nullptr;
 343     }
 344
 345     Value const* value_pointer() const {
 346       if (this->hasValue_) {
 347         return launder(reinterpret_cast<Value const*>(this->value_));
 348       }
 349       return nullptr;
 350     }
 351
 352     template <class... Args>
 353     void construct(Args&&... args) {
 354       new (raw_pointer()) Value(std::forward<Args>(args)...);
 355       this->hasValue_ = true;
 356     }
 357
 358    private:
 359     void* raw_pointer() {
 360       return static_cast<void*>(this->value_);
 361     }
 362   };
 363
 364   Storage storage_;
 365 };
 366
 367 template <class T>
 368 const T* get_pointer(const Optional<T>& opt) {
 369   return opt.get_pointer();
 370 }
 371
 372 template <class T>
 373 T* get_pointer(Optional<T>& opt) {
 374   return opt.get_pointer();
 375 }
 376
 377 template <class T>
 378 void swap(Optional<T>& a, Optional<T>& b) {
 379   if (a.hasValue() && b.hasValue()) {
 380     // both full
 381     using std::swap;
 382     swap(a.value(), b.value());
 383   } else if (a.hasValue() || b.hasValue()) {
 384     std::swap(a, b); // fall back to default implementation if they're mixed.
 385   }
 386 }
 387
 388 template <class T, class Opt = Optional<typename std::decay<T>::type>>
 389 constexpr Opt make_optional(T&& v) {
 390   return Opt(std::forward<T>(v));
 391 }
 392
 393 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 394 // Comparisons.
 395
 396 template <class U, class V>
 397 constexpr bool operator==(const Optional<U>& a, const V& b) {
 398   return a.hasValue() && a.value() == b;
 399 }
 400
 401 template <class U, class V>
 402 constexpr bool operator!=(const Optional<U>& a, const V& b) {
 403   return !(a == b);
 404 }
 405
 406 template <class U, class V>
 407 constexpr bool operator==(const U& a, const Optional<V>& b) {
 408   return b.hasValue() && b.value() == a;
 409 }
 410
 411 template <class U, class V>
 412 constexpr bool operator!=(const U& a, const Optional<V>& b) {
 413   return !(a == b);
 414 }
 415
 416 template <class U, class V>
 417 FOLLY_CPP14_CONSTEXPR bool operator==(
 418     const Optional<U>& a,
 419     const Optional<V>& b) {
 420   if (a.hasValue() != b.hasValue()) {
 421     return false;
 422   }
 423   if (a.hasValue()) {
 424     return a.value() == b.value();
 425   }
 426   return true;
 427 }
 428
 429 template <class U, class V>
 430 constexpr bool operator!=(const Optional<U>& a, const Optional<V>& b) {
 431   return !(a == b);
 432 }
 433
 434 template <class U, class V>
 435 FOLLY_CPP14_CONSTEXPR bool operator<(
 436     const Optional<U>& a,
 437     const Optional<V>& b) {
 438   if (a.hasValue() != b.hasValue()) {
 439     return a.hasValue() < b.hasValue();
 440   }
 441   if (a.hasValue()) {
 442     return a.value() < b.value();
 443   }
 444   return false;
 445 }
 446
 447 template <class U, class V>
 448 constexpr bool operator>(const Optional<U>& a, const Optional<V>& b) {
 449   return b < a;
 450 }
 451
 452 template <class U, class V>
 453 constexpr bool operator<=(const Optional<U>& a, const Optional<V>& b) {
 454   return !(b < a);
 455 }
 456
 457 template <class U, class V>
 458 constexpr bool operator>=(const Optional<U>& a, const Optional<V>& b) {
 459   return !(a < b);
 460 }
 461
 462 // Suppress comparability of Optional<T> with T, despite implicit conversion.
 463 template <class V>
 464 bool operator<(const Optional<V>&, const V& other) = delete;
 465 template <class V>
 466 bool operator<=(const Optional<V>&, const V& other) = delete;
 467 template <class V>
 468 bool operator>=(const Optional<V>&, const V& other) = delete;
 469 template <class V>
 470 bool operator>(const Optional<V>&, const V& other) = delete;
 471 template <class V>
 472 bool operator<(const V& other, const Optional<V>&) = delete;
 473 template <class V>
 474 bool operator<=(const V& other, const Optional<V>&) = delete;
 475 template <class V>
 476 bool operator>=(const V& other, const Optional<V>&) = delete;
 477 template <class V>
 478 bool operator>(const V& other, const Optional<V>&) = delete;
 479
 480 // Comparisons with none
 481 template <class V>
 482 constexpr bool operator==(const Optional<V>& a, None) noexcept {
 483   return !a.hasValue();
 484 }
 485 template <class V>
 486 constexpr bool operator==(None, const Optional<V>& a) noexcept {
 487   return !a.hasValue();
 488 }
 489 template <class V>
 490 constexpr bool operator<(const Optional<V>&, None) noexcept {
 491   return false;
 492 }
 493 template <class V>
 494 constexpr bool operator<(None, const Optional<V>& a) noexcept {
 495   return a.hasValue();
 496 }
 497 template <class V>
 498 constexpr bool operator>(const Optional<V>& a, None) noexcept {
 499   return a.hasValue();
 500 }
 501 template <class V>
 502 constexpr bool operator>(None, const Optional<V>&) noexcept {
 503   return false;
 504 }
 505 template <class V>
 506 constexpr bool operator<=(None, const Optional<V>&) noexcept {
 507   return true;
 508 }
 509 template <class V>
 510 constexpr bool operator<=(const Optional<V>& a, None) noexcept {
 511   return !a.hasValue();
 512 }
 513 template <class V>
 514 constexpr bool operator>=(const Optional<V>&, None) noexcept {
 515   return true;
 516 }
 517 template <class V>
 518 constexpr bool operator>=(None, const Optional<V>& a) noexcept {
 519   return !a.hasValue();
 520 }
 521
 522 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 523
 524 } // namespace folly
 525
 526 // Allow usage of Optional<T> in std::unordered_map and std::unordered_set
 527 FOLLY_NAMESPACE_STD_BEGIN
 528 template <class T>
 529 struct hash<folly::Optional<T>> {
 530   size_t operator()(folly::Optional<T> const& obj) const {
 531     if (!obj.hasValue()) {
 532       return 0;
 533     }
 534     return hash<typename remove_const<T>::type>()(*obj);
 535   }
 536 };
 537 FOLLY_NAMESPACE_STD_END
 538
 539 // Enable the use of folly::Optional with `co_await`
 540 // Inspired by https://github.com/toby-allsopp/coroutine_monad
 541 #if FOLLY_HAS_COROUTINES
 542 #include <experimental/coroutine>
 543
 544 namespace folly {
 545 namespace detail {
 546 template <typename Value>
 547 struct OptionalPromise;
 548
 549 template <typename Value>
 550 struct OptionalPromiseReturn {
 551   Optional<Value> storage_;
 552   OptionalPromise<Value>* promise_;
 553   /* implicit */ OptionalPromiseReturn(OptionalPromise<Value>& promise) noexcept
 554       : promise_(&promise) {
 555     promise.value_ = &storage_;
 556   }
 557   OptionalPromiseReturn(OptionalPromiseReturn&& that) noexcept
 558       : OptionalPromiseReturn{*that.promise_} {}
 559   ~OptionalPromiseReturn() {}
 560   /* implicit */ operator Optional<Value>() & {
 561     return std::move(storage_);
 562   }
 563 };
 564
 565 template <typename Value>
 566 struct OptionalPromise {
 567   Optional<Value>* value_ = nullptr;
 568   OptionalPromise() = default;
 569   OptionalPromise(OptionalPromise const&) = delete;
 570   // This should work regardless of whether the compiler generates:
 571   //    folly::Optional<Value> retobj{ p.get_return_object(); } // MSVC
 572   // or:
 573   //    auto retobj = p.get_return_object(); // clang
 574   OptionalPromiseReturn<Value> get_return_object() noexcept {
 575     return *this;
 576   }
 577   std::experimental::suspend_never initial_suspend() const noexcept {
 578     return {};
 579   }
 580   std::experimental::suspend_never final_suspend() const {
 581     return {};
 582   }
 583   template <typename U>
 584   void return_value(U&& u) {
 585     *value_ = static_cast<U&&>(u);
 586   }
 587   void unhandled_exception() {
 588     // Technically, throwing from unhandled_exception is underspecified:
 589     // https://github.com/GorNishanov/CoroutineWording/issues/17
 590     throw;
 591   }
 592 };
 593
 594 template <typename Value>
 595 struct OptionalAwaitable {
 596   Optional<Value> o_;
 597   bool await_ready() const noexcept {
 598     return o_.hasValue();
 599   }
 600   Value await_resume() {
 601     return std::move(o_.value());
 602   }
 603
 604   // Explicitly only allow suspension into an OptionalPromise
 605   template <typename U>
 606   void await_suspend(
 607       std::experimental::coroutine_handle<OptionalPromise<U>> h) const {
 608     // Abort the rest of the coroutine. resume() is not going to be called
 609     h.destroy();
 610   }
 611 };
 612 } // namespace detail
 613
 614 template <typename Value>
 615 detail::OptionalAwaitable<Value>
 616 /* implicit */ operator co_await(Optional<Value> o) {
 617   return {std::move(o)};
 618 }
 619 } // namespace folly
 620
 621 // This makes folly::Optional<Value> useable as a coroutine return type..
 622 FOLLY_NAMESPACE_STD_BEGIN
 623 namespace experimental {
 624 template <typename Value, typename... Args>
 625 struct coroutine_traits<folly::Optional<Value>, Args...> {
 626   using promise_type = folly::detail::OptionalPromise<Value>;
 627 };
 628 } // namespace experimental
 629 FOLLY_NAMESPACE_STD_END
 630 #endif // FOLLY_HAS_COROUTINES