folly/dynamic.h

   1 /*
   2  * Copyright 2015 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 /**
  18  * This is a runtime dynamically typed value.  It holds types from a
  19  * specific predetermined set of types (ints, bools, arrays, etc).  In
  20  * particular, it can be used as a convenient in-memory representation
  21  * for complete json objects.
  22  *
  23  * In general you can try to use these objects as if they were the
  24  * type they represent (although in some cases with a slightly less
  25  * complete interface than the raw type), and it'll just throw a
  26  * TypeError if it is used in an illegal way.
  27  *
  28  * Some examples:
  29  *
  30  *   dynamic twelve = 12;
  31  *   dynamic str = "string";
  32  *   dynamic map = dynamic::object;
  33  *   map[str] = twelve;
  34  *   map[str + "another_str"] = { "array", "of", 4, "elements" };
  35  *   map.insert("null_element", nullptr);
  36  *   ++map[str];
  37  *   assert(map[str] == 13);
  38  *
  39  *   // Building a complex object with a sub array inline:
  40  *   dynamic d = dynamic::object
  41  *     ("key", "value")
  42  *     ("key2", { "a", "array" })
  43  *     ;
  44  *
  45  * Also see folly/json.h for the serialization and deserialization
  46  * functions for JSON.
  47  *
  48  * Note: dynamic is not DefaultConstructible.  Rationale:
  49  *
  50  *   - The intuitive thing to initialize a defaulted dynamic to would
  51  *     be nullptr.
  52  *
  53  *   - However, the expression dynamic d = {} is required to call the
  54  *     default constructor by the standard, which is confusing
  55  *     behavior for dynamic unless the default constructor creates an
  56  *     empty array.
  57  *
  58  * Additional documentation is in folly/docs/Dynamic.md.
  59  *
  60  * @author Jordan DeLong <delong.j@fb.com>
  61  */
  62
  63 #ifndef FOLLY_DYNAMIC_H_
  64 #define FOLLY_DYNAMIC_H_
  65
  66 #include <cstdint>
  67 #include <initializer_list>
  68 #include <memory>
  69 #include <ostream>
  70 #include <string>
  71 #include <type_traits>
  72 #include <unordered_map>
  73 #include <utility>
  74 #include <vector>
  75
  76 #include <boost/operators.hpp>
  77
  78 #include <folly/FBString.h>
  79 #include <folly/Range.h>
  80 #include <folly/Traits.h>
  81
  82 namespace folly {
  83
  84 //////////////////////////////////////////////////////////////////////
  85
  86 struct dynamic;
  87 struct TypeError;
  88
  89 //////////////////////////////////////////////////////////////////////
  90
  91 struct dynamic : private boost::operators<dynamic> {
  92   enum Type {
  93     NULLT,
  94     ARRAY,
  95     BOOL,
  96     DOUBLE,
  97     INT64,
  98     OBJECT,
  99     STRING,
 100   };
 101
 102   /*
 103    * We support direct iteration of arrays, and indirect iteration of objects.
 104    * See begin(), end(), keys(), values(), and items() for more.
 105    *
 106    * Array iterators dereference as the elements in the array.
 107    * Object key iterators dereference as the keys in the object.
 108    * Object value iterators dereference as the values in the object.
 109    * Object item iterators dereference as pairs of (key, value).
 110    */
 111 private:
 112   typedef std::vector<dynamic> Array;
 113 public:
 114   typedef Array::const_iterator const_iterator;
 115   typedef dynamic value_type;
 116   struct const_key_iterator;
 117   struct const_value_iterator;
 118   struct const_item_iterator;
 119
 120   /*
 121    * Creation routines for making dynamic objects.  Objects are maps
 122    * from key to value (so named due to json-related origins here).
 123    *
 124    * Example:
 125    *
 126    *   // Make a fairly complex dynamic:
 127    *   dynamic d = dynamic::object("key", "value1")
 128    *                              ("key2", { "value", "with", 4, "words" });
 129    *
 130    *   // Build an object in a few steps:
 131    *   dynamic d = dynamic::object;
 132    *   d["key"] = 12;
 133    *   d["something_else"] = { 1, 2, 3, nullptr };
 134    */
 135 private:
 136   struct ObjectMaker;
 137
 138 public:
 139   static ObjectMaker object();
 140   static ObjectMaker object(dynamic&&, dynamic&&);
 141   static ObjectMaker object(dynamic const&, dynamic&&);
 142   static ObjectMaker object(dynamic&&, dynamic const&);
 143   static ObjectMaker object(dynamic const&, dynamic const&);
 144
 145   /*
 146    * String compatibility constructors.
 147    */
 148   /* implicit */ dynamic(StringPiece val);
 149   /* implicit */ dynamic(char const* val);
 150   /* implicit */ dynamic(std::string const& val);
 151   /* implicit */ dynamic(fbstring const& val);
 152   /* implicit */ dynamic(fbstring&& val);
 153
 154   /*
 155    * This is part of the plumbing for object(), above.  Used to create
 156    * a new object dynamic.
 157    */
 158   /* implicit */ dynamic(ObjectMaker (*)());
 159   /* implicit */ dynamic(ObjectMaker const&) = delete;
 160   /* implicit */ dynamic(ObjectMaker&&);
 161
 162   /*
 163    * Create a new array from an initializer list.
 164    *
 165    * For example:
 166    *
 167    *   dynamic v = { 1, 2, 3, "foo" };
 168    */
 169   /* implicit */ dynamic(std::initializer_list<dynamic> il);
 170
 171   /*
 172    * Conversion constructors from most of the other types.
 173    */
 174   template<class T> /* implicit */ dynamic(T t);
 175
 176   /*
 177    * Create a dynamic that is an array of the values from the supplied
 178    * iterator range.
 179    */
 180   template<class Iterator> dynamic(Iterator first, Iterator last);
 181
 182   dynamic(dynamic const&);
 183   dynamic(dynamic&&) noexcept;
 184   ~dynamic() noexcept;
 185
 186   /*
 187    * "Deep" equality comparison.  This will compare all the way down
 188    * an object or array, and is potentially expensive.
 189    */
 190   bool operator==(dynamic const& o) const;
 191
 192   /*
 193    * For all types except object this returns the natural ordering on
 194    * those types.  For objects, we throw TypeError.
 195    */
 196   bool operator<(dynamic const& o) const;
 197
 198   /*
 199    * General operators.
 200    *
 201    * These throw TypeError when used with types or type combinations
 202    * that don't support them.
 203    *
 204    * These functions may also throw if you use 64-bit integers with
 205    * doubles when the integers are too big to fit in a double.
 206    */
 207   dynamic& operator+=(dynamic const&);
 208   dynamic& operator-=(dynamic const&);
 209   dynamic& operator*=(dynamic const&);
 210   dynamic& operator/=(dynamic const&);
 211   dynamic& operator%=(dynamic const&);
 212   dynamic& operator|=(dynamic const&);
 213   dynamic& operator&=(dynamic const&);
 214   dynamic& operator^=(dynamic const&);
 215   dynamic& operator++();
 216   dynamic& operator--();
 217
 218   /*
 219    * Assignment from other dynamics.  Because of the implicit conversion
 220    * to dynamic from its potential types, you can use this to change the
 221    * type pretty intuitively.
 222    *
 223    * Basic guarantee only.
 224    */
 225   dynamic& operator=(dynamic const&);
 226   dynamic& operator=(dynamic&&) noexcept;
 227
 228   /*
 229    * For simple dynamics (not arrays or objects), this prints the
 230    * value to an std::ostream in the expected way.  Respects the
 231    * formatting manipulators that have been sent to the stream
 232    * already.
 233    *
 234    * If the dynamic holds an object or array, this prints them in a
 235    * format very similar to JSON.  (It will in fact actually be JSON
 236    * as long as the dynamic validly represents a JSON object---i.e. it
 237    * can't have non-string keys.)
 238    */
 239   friend std::ostream& operator<<(std::ostream&, dynamic const&);
 240
 241   /*
 242    * Returns true if this dynamic is of the specified type.
 243    */
 244   bool isString() const;
 245   bool isObject() const;
 246   bool isBool() const;
 247   bool isNull() const;
 248   bool isArray() const;
 249   bool isDouble() const;
 250   bool isInt() const;
 251
 252   /*
 253    * Returns: isInt() || isDouble().
 254    */
 255   bool isNumber() const;
 256
 257   /*
 258    * Returns the type of this dynamic.
 259    */
 260   Type type() const;
 261
 262   /*
 263    * Returns the type of this dynamic as a printable string.
 264    */
 265   const char* typeName() const;
 266
 267   /*
 268    * Extract a value while trying to convert to the specified type.
 269    * Throws exceptions if we cannot convert from the real type to the
 270    * requested type.
 271    *
 272    * Note you can only use this to access integral types or strings,
 273    * since arrays and objects are generally best dealt with as a
 274    * dynamic.
 275    */
 276   fbstring asString() const;
 277   double   asDouble() const;
 278   int64_t  asInt() const;
 279   bool     asBool() const;
 280
 281   /*
 282    * Extract the value stored in this dynamic without type conversion.
 283    *
 284    * These will throw a TypeError if the dynamic has a different type.
 285    */
 286   const fbstring& getString() const;
 287   double          getDouble() const;
 288   int64_t         getInt() const;
 289   bool            getBool() const;
 290   fbstring& getString();
 291   double&   getDouble();
 292   int64_t&  getInt();
 293   bool&     getBool();
 294
 295   /*
 296    * It is occasionally useful to access a string's internal pointer
 297    * directly, without the type conversion of `asString()`.
 298    *
 299    * These will throw a TypeError if the dynamic is not a string.
 300    */
 301   const char* data()  const&;
 302   const char* data()  && = delete;
 303   const char* c_str() const&;
 304   const char* c_str() && = delete;
 305   StringPiece stringPiece() const;
 306
 307   /*
 308    * Returns: true if this dynamic is null, an empty array, an empty
 309    * object, or an empty string.
 310    */
 311   bool empty() const;
 312
 313   /*
 314    * If this is an array or an object, returns the number of elements
 315    * contained.  If it is a string, returns the length.  Otherwise
 316    * throws TypeError.
 317    */
 318   std::size_t size() const;
 319
 320   /*
 321    * You can iterate over the values of the array.  Calling these on
 322    * non-arrays will throw a TypeError.
 323    */
 324   const_iterator begin()  const;
 325   const_iterator end()    const;
 326
 327 private:
 328   /*
 329    * Helper object returned by keys(), values(), and items().
 330    */
 331   template <class T> struct IterableProxy;
 332
 333 public:
 334   /*
 335    * You can iterate over the keys, values, or items (std::pair of key and
 336    * value) in an object.  Calling these on non-objects will throw a TypeError.
 337    */
 338   IterableProxy<const_key_iterator> keys() const;
 339   IterableProxy<const_value_iterator> values() const;
 340   IterableProxy<const_item_iterator> items() const;
 341
 342   /*
 343    * AssociativeContainer-style find interface for objects.  Throws if
 344    * this is not an object.
 345    *
 346    * Returns: items().end() if the key is not present, or a
 347    * const_item_iterator pointing to the item.
 348    */
 349   const_item_iterator find(dynamic const&) const;
 350
 351   /*
 352    * If this is an object, returns whether it contains a field with
 353    * the given name.  Otherwise throws TypeError.
 354    */
 355   std::size_t count(dynamic const&) const;
 356
 357   /*
 358    * For objects or arrays, provides access to sub-fields by index or
 359    * field name.
 360    *
 361    * Using these with dynamic objects that are not arrays or objects
 362    * will throw a TypeError.  Using an index that is out of range or
 363    * object-element that's not present throws std::out_of_range.
 364    */
 365   dynamic const& at(dynamic const&) const;
 366   dynamic&       at(dynamic const&);
 367
 368   /*
 369    * Like 'at', above, except it returns either a pointer to the contained
 370    * object or nullptr if it wasn't found. This allows a key to be tested for
 371    * containment and retrieved in one operation. Example:
 372    *
 373    *   if (auto* found = d.get_ptr(key))
 374    *     // use *found;
 375    *
 376    * Using these with dynamic objects that are not arrays or objects
 377    * will throw a TypeError.
 378    */
 379   const dynamic* get_ptr(dynamic const&) const&;
 380   dynamic* get_ptr(dynamic const&) &;
 381   dynamic* get_ptr(dynamic const&) && = delete;
 382
 383   /*
 384    * This works for access to both objects and arrays.
 385    *
 386    * In the case of an array, the index must be an integer, and this will throw
 387    * std::out_of_range if it is less than zero or greater than size().
 388    *
 389    * In the case of an object, the non-const overload inserts a null
 390    * value if the key isn't present.  The const overload will throw
 391    * std::out_of_range if the key is not present.
 392    *
 393    * These functions do not invalidate iterators.
 394    */
 395   dynamic&       operator[](dynamic const&);
 396   dynamic const& operator[](dynamic const&) const;
 397
 398   /*
 399    * Only defined for objects, throws TypeError otherwise.
 400    *
 401    * getDefault will return the value associated with the supplied key, the
 402    * supplied default otherwise. setDefault will set the key to the supplied
 403    * default if it is not yet set, otherwise leaving it. setDefault returns
 404    * a reference to the existing value if present, the new value otherwise.
 405    */
 406   dynamic
 407   getDefault(const dynamic& k, const dynamic& v = dynamic::object) const;
 408   dynamic&& getDefault(const dynamic& k, dynamic&& v) const;
 409   template<class K, class V = dynamic>
 410   dynamic& setDefault(K&& k, V&& v = dynamic::object);
 411
 412   /*
 413    * Resizes an array so it has at n elements, using the supplied
 414    * default to fill new elements.  Throws TypeError if this dynamic
 415    * is not an array.
 416    *
 417    * May invalidate iterators.
 418    *
 419    * Post: size() == n
 420    */
 421   void resize(std::size_t n, dynamic const& = nullptr);
 422
 423   /*
 424    * Inserts the supplied key-value pair to an object, or throws if
 425    * it's not an object.
 426    *
 427    * Invalidates iterators.
 428    */
 429   template<class K, class V> void insert(K&&, V&& val);
 430
 431   /*
 432    * Erase an element from a dynamic object, by key.
 433    *
 434    * Invalidates iterators to the element being erased.
 435    *
 436    * Returns the number of elements erased (i.e. 1 or 0).
 437    */
 438   std::size_t erase(dynamic const& key);
 439
 440   /*
 441    * Erase an element from a dynamic object or array, using an
 442    * iterator or an iterator range.
 443    *
 444    * In arrays, invalidates iterators to elements after the element
 445    * being erased.  In objects, invalidates iterators to the elements
 446    * being erased.
 447    *
 448    * Returns a new iterator to the first element beyond any elements
 449    * removed, or end() if there are none.  (The iteration order does
 450    * not change.)
 451    */
 452   const_iterator erase(const_iterator it);
 453   const_iterator erase(const_iterator first, const_iterator last);
 454
 455   const_key_iterator erase(const_key_iterator it);
 456   const_key_iterator erase(const_key_iterator first, const_key_iterator last);
 457
 458   const_value_iterator erase(const_value_iterator it);
 459   const_value_iterator erase(const_value_iterator first,
 460                              const_value_iterator last);
 461
 462   const_item_iterator erase(const_item_iterator it);
 463   const_item_iterator erase(const_item_iterator first,
 464                             const_item_iterator last);
 465   /*
 466    * Append elements to an array.  If this is not an array, throws
 467    * TypeError.
 468    *
 469    * Invalidates iterators.
 470    */
 471   void push_back(dynamic const&);
 472   void push_back(dynamic&&);
 473
 474   /*
 475    * Remove an element from the back of an array.  If this is not an array,
 476    * throws TypeError.
 477    *
 478    * Does not invalidate iterators.
 479    */
 480   void pop_back();
 481
 482   /*
 483    * Get a hash code.  This function is called by a std::hash<>
 484    * specialization, also.
 485    *
 486    * Throws TypeError if this is an object, array, or null.
 487    */
 488   std::size_t hash() const;
 489
 490 private:
 491   friend struct TypeError;
 492   struct ObjectImpl;
 493   template<class T> struct TypeInfo;
 494   template<class T> struct CompareOp;
 495   template<class T> struct GetAddrImpl;
 496   template<class T> struct PrintImpl;
 497
 498   template<class T> T const& get() const;
 499   template<class T> T&       get();
 500   template<class T> T*       get_nothrow() & noexcept;
 501   template<class T> T const* get_nothrow() const& noexcept;
 502   template<class T> T*       get_nothrow() && noexcept = delete;
 503   template<class T> T*       getAddress() noexcept;
 504   template<class T> T const* getAddress() const noexcept;
 505
 506   template<class T> T asImpl() const;
 507
 508   static char const* typeName(Type);
 509   void destroy() noexcept;
 510   void print(std::ostream&) const;
 511   void print_as_pseudo_json(std::ostream&) const; // see json.cpp
 512
 513 private:
 514   Type type_;
 515   union Data {
 516     explicit Data() : nul(nullptr) {}
 517     ~Data() {}
 518
 519     // XXX: gcc does an ICE if we use std::nullptr_t instead of void*
 520     // here.  See http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=50361
 521     void* nul;
 522     Array array;
 523     bool boolean;
 524     double doubl;
 525     int64_t integer;
 526     fbstring string;
 527
 528     /*
 529      * Objects are placement new'd here.  We have to use a char buffer
 530      * because we don't know the type here (std::unordered_map<> with
 531      * dynamic would be parameterizing a std:: template with an
 532      * incomplete type right now).  (Note that in contrast we know it
 533      * is ok to do this with fbvector because we own it.)
 534      */
 535     std::aligned_storage<
 536       sizeof(std::unordered_map<int,int>),
 537       alignof(std::unordered_map<int,int>)
 538     >::type objectBuffer;
 539   } u_;
 540 };
 541
 542 //////////////////////////////////////////////////////////////////////
 543
 544 }
 545
 546 #include <folly/dynamic-inl.h>
 547
 548 #endif