5262fb5f5b70e4d76aaa74947299130408e12c89
[folly.git] / folly / io / IOBuf.h
1 /*
2  * Copyright 2016 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 #ifndef FOLLY_IO_IOBUF_H_
18 #define FOLLY_IO_IOBUF_H_
19
20 #include <glog/logging.h>
21 #include <atomic>
22 #include <cassert>
23 #include <cinttypes>
24 #include <cstddef>
25 #include <cstring>
26 #include <memory>
27 #include <limits>
28 #include <sys/uio.h>
29 #include <type_traits>
30
31 #include <boost/iterator/iterator_facade.hpp>
32
33 #include <folly/FBString.h>
34 #include <folly/Range.h>
35 #include <folly/FBVector.h>
36
37 // Ignore shadowing warnings within this file, so includers can use -Wshadow.
38 #pragma GCC diagnostic push
39 #pragma GCC diagnostic ignored "-Wshadow"
40
41 namespace folly {
42
43 /**
44  * An IOBuf is a pointer to a buffer of data.
45  *
46  * IOBuf objects are intended to be used primarily for networking code, and are
47  * modelled somewhat after FreeBSD's mbuf data structure, and Linux's sk_buff
48  * structure.
49  *
50  * IOBuf objects facilitate zero-copy network programming, by allowing multiple
51  * IOBuf objects to point to the same underlying buffer of data, using a
52  * reference count to track when the buffer is no longer needed and can be
53  * freed.
54  *
55  *
56  * Data Layout
57  * -----------
58  *
59  * The IOBuf itself is a small object containing a pointer to the buffer and
60  * information about which segment of the buffer contains valid data.
61  *
62  * The data layout looks like this:
63  *
64  *  +-------+
65  *  | IOBuf |
66  *  +-------+
67  *   /
68  *  |
69  *  v
70  *  +------------+--------------------+-----------+
71  *  | headroom   |        data        |  tailroom |
72  *  +------------+--------------------+-----------+
73  *  ^            ^                    ^           ^
74  *  buffer()   data()               tail()      bufferEnd()
75  *
76  *  The length() method returns the length of the valid data; capacity()
77  *  returns the entire capacity of the buffer (from buffer() to bufferEnd()).
78  *  The headroom() and tailroom() methods return the amount of unused capacity
79  *  available before and after the data.
80  *
81  *
82  * Buffer Sharing
83  * --------------
84  *
85  * The buffer itself is reference counted, and multiple IOBuf objects may point
86  * to the same buffer.  Each IOBuf may point to a different section of valid
87  * data within the underlying buffer.  For example, if multiple protocol
88  * requests are read from the network into a single buffer, a separate IOBuf
89  * may be created for each request, all sharing the same underlying buffer.
90  *
91  * In other words, when multiple IOBufs share the same underlying buffer, the
92  * data() and tail() methods on each IOBuf may point to a different segment of
93  * the data.  However, the buffer() and bufferEnd() methods will point to the
94  * same location for all IOBufs sharing the same underlying buffer.
95  *
96  *       +-----------+     +---------+
97  *       |  IOBuf 1  |     | IOBuf 2 |
98  *       +-----------+     +---------+
99  *        |         | _____/        |
100  *   data |    tail |/    data      | tail
101  *        v         v               v
102  *  +-------------------------------------+
103  *  |     |         |               |     |
104  *  +-------------------------------------+
105  *
106  * If you only read data from an IOBuf, you don't need to worry about other
107  * IOBuf objects possibly sharing the same underlying buffer.  However, if you
108  * ever write to the buffer you need to first ensure that no other IOBufs point
109  * to the same buffer.  The unshare() method may be used to ensure that you
110  * have an unshared buffer.
111  *
112  *
113  * IOBuf Chains
114  * ------------
115  *
116  * IOBuf objects also contain pointers to next and previous IOBuf objects.
117  * This can be used to represent a single logical piece of data that its stored
118  * in non-contiguous chunks in separate buffers.
119  *
120  * A single IOBuf object can only belong to one chain at a time.
121  *
122  * IOBuf chains are always circular.  The "prev" pointer in the head of the
123  * chain points to the tail of the chain.  However, it is up to the user to
124  * decide which IOBuf is the head.  Internally the IOBuf code does not care
125  * which element is the head.
126  *
127  * The lifetime of all IOBufs in the chain are linked: when one element in the
128  * chain is deleted, all other chained elements are also deleted.  Conceptually
129  * it is simplest to treat this as if the head of the chain owns all other
130  * IOBufs in the chain.  When you delete the head of the chain, it will delete
131  * the other elements as well.  For this reason, prependChain() and
132  * appendChain() take ownership of of the new elements being added to this
133  * chain.
134  *
135  * When the coalesce() method is used to coalesce an entire IOBuf chain into a
136  * single IOBuf, all other IOBufs in the chain are eliminated and automatically
137  * deleted.  The unshare() method may coalesce the chain; if it does it will
138  * similarly delete all IOBufs eliminated from the chain.
139  *
140  * As discussed in the following section, it is up to the user to maintain a
141  * lock around the entire IOBuf chain if multiple threads need to access the
142  * chain.  IOBuf does not provide any internal locking.
143  *
144  *
145  * Synchronization
146  * ---------------
147  *
148  * When used in multithread programs, a single IOBuf object should only be used
149  * in a single thread at a time.  If a caller uses a single IOBuf across
150  * multiple threads the caller is responsible for using an external lock to
151  * synchronize access to the IOBuf.
152  *
153  * Two separate IOBuf objects may be accessed concurrently in separate threads
154  * without locking, even if they point to the same underlying buffer.  The
155  * buffer reference count is always accessed atomically, and no other
156  * operations should affect other IOBufs that point to the same data segment.
157  * The caller is responsible for using unshare() to ensure that the data buffer
158  * is not shared by other IOBufs before writing to it, and this ensures that
159  * the data itself is not modified in one thread while also being accessed from
160  * another thread.
161  *
162  * For IOBuf chains, no two IOBufs in the same chain should be accessed
163  * simultaneously in separate threads.  The caller must maintain a lock around
164  * the entire chain if the chain, or individual IOBufs in the chain, may be
165  * accessed by multiple threads.
166  *
167  *
168  * IOBuf Object Allocation
169  * -----------------------
170  *
171  * IOBuf objects themselves exist separately from the data buffer they point
172  * to.  Therefore one must also consider how to allocate and manage the IOBuf
173  * objects.
174  *
175  * It is more common to allocate IOBuf objects on the heap, using the create(),
176  * takeOwnership(), or wrapBuffer() factory functions.  The clone()/cloneOne()
177  * functions also return new heap-allocated IOBufs.  The createCombined()
178  * function allocates the IOBuf object and data storage space together, in a
179  * single memory allocation.  This can improve performance, particularly if you
180  * know that the data buffer and the IOBuf itself will have similar lifetimes.
181  *
182  * That said, it is also possible to allocate IOBufs on the stack or inline
183  * inside another object as well.  This is useful for cases where the IOBuf is
184  * short-lived, or when the overhead of allocating the IOBuf on the heap is
185  * undesirable.
186  *
187  * However, note that stack-allocated IOBufs may only be used as the head of a
188  * chain (or standalone as the only IOBuf in a chain).  All non-head members of
189  * an IOBuf chain must be heap allocated.  (All functions to add nodes to a
190  * chain require a std::unique_ptr<IOBuf>, which enforces this requrement.)
191  *
192  * Copying IOBufs is only meaningful for the head of a chain. The entire chain
193  * is cloned; the IOBufs will become shared, and the old and new IOBufs will
194  * refer to the same underlying memory.
195  *
196  * IOBuf Sharing
197  * -------------
198  *
199  * The IOBuf class manages sharing of the underlying buffer that it points to,
200  * maintaining a reference count if multiple IOBufs are pointing at the same
201  * buffer.
202  *
203  * However, it is the callers responsibility to manage sharing and ownership of
204  * IOBuf objects themselves.  The IOBuf structure does not provide room for an
205  * intrusive refcount on the IOBuf object itself, only the underlying data
206  * buffer is reference counted.  If users want to share the same IOBuf object
207  * between multiple parts of the code, they are responsible for managing this
208  * sharing on their own.  (For example, by using a shared_ptr.  Alternatively,
209  * users always have the option of using clone() to create a second IOBuf that
210  * points to the same underlying buffer.)
211  */
212 namespace detail {
213 // Is T a unique_ptr<> to a standard-layout type?
214 template <class T, class Enable=void> struct IsUniquePtrToSL
215   : public std::false_type { };
216 template <class T, class D>
217 struct IsUniquePtrToSL<
218   std::unique_ptr<T, D>,
219   typename std::enable_if<std::is_standard_layout<T>::value>::type>
220   : public std::true_type { };
221 }  // namespace detail
222
223 class IOBuf {
224  public:
225   class Iterator;
226
227   enum CreateOp { CREATE };
228   enum WrapBufferOp { WRAP_BUFFER };
229   enum TakeOwnershipOp { TAKE_OWNERSHIP };
230   enum CopyBufferOp { COPY_BUFFER };
231
232   typedef ByteRange value_type;
233   typedef Iterator iterator;
234   typedef Iterator const_iterator;
235
236   typedef void (*FreeFunction)(void* buf, void* userData);
237
238   /**
239    * Allocate a new IOBuf object with the requested capacity.
240    *
241    * Returns a new IOBuf object that must be (eventually) deleted by the
242    * caller.  The returned IOBuf may actually have slightly more capacity than
243    * requested.
244    *
245    * The data pointer will initially point to the start of the newly allocated
246    * buffer, and will have a data length of 0.
247    *
248    * Throws std::bad_alloc on error.
249    */
250   static std::unique_ptr<IOBuf> create(uint64_t capacity);
251   IOBuf(CreateOp, uint64_t capacity);
252
253   /**
254    * Create a new IOBuf, using a single memory allocation to allocate space
255    * for both the IOBuf object and the data storage space.
256    *
257    * This saves one memory allocation.  However, it can be wasteful if you
258    * later need to grow the buffer using reserve().  If the buffer needs to be
259    * reallocated, the space originally allocated will not be freed() until the
260    * IOBuf object itself is also freed.  (It can also be slightly wasteful in
261    * some cases where you clone this IOBuf and then free the original IOBuf.)
262    */
263   static std::unique_ptr<IOBuf> createCombined(uint64_t capacity);
264
265   /**
266    * Create a new IOBuf, using separate memory allocations for the IOBuf object
267    * for the IOBuf and the data storage space.
268    *
269    * This requires two memory allocations, but saves space in the long run
270    * if you know that you will need to reallocate the data buffer later.
271    */
272   static std::unique_ptr<IOBuf> createSeparate(uint64_t capacity);
273
274   /**
275    * Allocate a new IOBuf chain with the requested total capacity, allocating
276    * no more than maxBufCapacity to each buffer.
277    */
278   static std::unique_ptr<IOBuf> createChain(
279       size_t totalCapacity, uint64_t maxBufCapacity);
280
281   /**
282    * Create a new IOBuf pointing to an existing data buffer.
283    *
284    * The new IOBuffer will assume ownership of the buffer, and free it by
285    * calling the specified FreeFunction when the last IOBuf pointing to this
286    * buffer is destroyed.  The function will be called with a pointer to the
287    * buffer as the first argument, and the supplied userData value as the
288    * second argument.  The free function must never throw exceptions.
289    *
290    * If no FreeFunction is specified, the buffer will be freed using free()
291    * which will result in undefined behavior if the memory was allocated
292    * using 'new'.
293    *
294    * The IOBuf data pointer will initially point to the start of the buffer,
295    *
296    * In the first version of this function, the length of data is unspecified
297    * and is initialized to the capacity of the buffer
298    *
299    * In the second version, the user specifies the valid length of data
300    * in the buffer
301    *
302    * On error, std::bad_alloc will be thrown.  If freeOnError is true (the
303    * default) the buffer will be freed before throwing the error.
304    */
305   static std::unique_ptr<IOBuf> takeOwnership(void* buf, uint64_t capacity,
306                                               FreeFunction freeFn = nullptr,
307                                               void* userData = nullptr,
308                                               bool freeOnError = true) {
309     return takeOwnership(buf, capacity, capacity, freeFn,
310                          userData, freeOnError);
311   }
312   IOBuf(TakeOwnershipOp op, void* buf, uint64_t capacity,
313         FreeFunction freeFn = nullptr, void* userData = nullptr,
314         bool freeOnError = true)
315     : IOBuf(op, buf, capacity, capacity, freeFn, userData, freeOnError) {}
316
317   static std::unique_ptr<IOBuf> takeOwnership(void* buf, uint64_t capacity,
318                                               uint64_t length,
319                                               FreeFunction freeFn = nullptr,
320                                               void* userData = nullptr,
321                                               bool freeOnError = true);
322   IOBuf(TakeOwnershipOp, void* buf, uint64_t capacity, uint64_t length,
323         FreeFunction freeFn = nullptr, void* userData = nullptr,
324         bool freeOnError = true);
325
326   /**
327    * Create a new IOBuf pointing to an existing data buffer made up of
328    * count objects of a given standard-layout type.
329    *
330    * This is dangerous -- it is essentially equivalent to doing
331    * reinterpret_cast<unsigned char*> on your data -- but it's often useful
332    * for serialization / deserialization.
333    *
334    * The new IOBuffer will assume ownership of the buffer, and free it
335    * appropriately (by calling the UniquePtr's custom deleter, or by calling
336    * delete or delete[] appropriately if there is no custom deleter)
337    * when the buffer is destroyed.  The custom deleter, if any, must never
338    * throw exceptions.
339    *
340    * The IOBuf data pointer will initially point to the start of the buffer,
341    * and the length will be the full capacity of the buffer (count *
342    * sizeof(T)).
343    *
344    * On error, std::bad_alloc will be thrown, and the buffer will be freed
345    * before throwing the error.
346    */
347   template <class UniquePtr>
348   static typename std::enable_if<detail::IsUniquePtrToSL<UniquePtr>::value,
349                                  std::unique_ptr<IOBuf>>::type
350   takeOwnership(UniquePtr&& buf, size_t count=1);
351
352   /**
353    * Create a new IOBuf object that points to an existing user-owned buffer.
354    *
355    * This should only be used when the caller knows the lifetime of the IOBuf
356    * object ahead of time and can ensure that all IOBuf objects that will point
357    * to this buffer will be destroyed before the buffer itself is destroyed.
358    *
359    * This buffer will not be freed automatically when the last IOBuf
360    * referencing it is destroyed.  It is the caller's responsibility to free
361    * the buffer after the last IOBuf has been destroyed.
362    *
363    * The IOBuf data pointer will initially point to the start of the buffer,
364    * and the length will be the full capacity of the buffer.
365    *
366    * An IOBuf created using wrapBuffer() will always be reported as shared.
367    * unshare() may be used to create a writable copy of the buffer.
368    *
369    * On error, std::bad_alloc will be thrown.
370    */
371   static std::unique_ptr<IOBuf> wrapBuffer(const void* buf, uint64_t capacity);
372   static std::unique_ptr<IOBuf> wrapBuffer(ByteRange br) {
373     return wrapBuffer(br.data(), br.size());
374   }
375   IOBuf(WrapBufferOp op, const void* buf, uint64_t capacity);
376   IOBuf(WrapBufferOp op, ByteRange br);
377
378   /**
379    * Convenience function to create a new IOBuf object that copies data from a
380    * user-supplied buffer, optionally allocating a given amount of
381    * headroom and tailroom.
382    */
383   static std::unique_ptr<IOBuf> copyBuffer(const void* buf, uint64_t size,
384                                            uint64_t headroom=0,
385                                            uint64_t minTailroom=0);
386   static std::unique_ptr<IOBuf> copyBuffer(ByteRange br,
387                                            uint64_t headroom=0,
388                                            uint64_t minTailroom=0) {
389     return copyBuffer(br.data(), br.size(), headroom, minTailroom);
390   }
391   IOBuf(CopyBufferOp op, const void* buf, uint64_t size,
392         uint64_t headroom=0, uint64_t minTailroom=0);
393   IOBuf(CopyBufferOp op, ByteRange br,
394         uint64_t headroom=0, uint64_t minTailroom=0);
395
396   /**
397    * Convenience function to create a new IOBuf object that copies data from a
398    * user-supplied string, optionally allocating a given amount of
399    * headroom and tailroom.
400    *
401    * Beware when attempting to invoke this function with a constant string
402    * literal and a headroom argument: you will likely end up invoking the
403    * version of copyBuffer() above.  IOBuf::copyBuffer("hello", 3) will treat
404    * the first argument as a const void*, and will invoke the version of
405    * copyBuffer() above, with the size argument of 3.
406    */
407   static std::unique_ptr<IOBuf> copyBuffer(const std::string& buf,
408                                            uint64_t headroom=0,
409                                            uint64_t minTailroom=0);
410   IOBuf(CopyBufferOp op, const std::string& buf,
411         uint64_t headroom=0, uint64_t minTailroom=0)
412     : IOBuf(op, buf.data(), buf.size(), headroom, minTailroom) {}
413
414   /**
415    * A version of copyBuffer() that returns a null pointer if the input string
416    * is empty.
417    */
418   static std::unique_ptr<IOBuf> maybeCopyBuffer(const std::string& buf,
419                                                 uint64_t headroom=0,
420                                                 uint64_t minTailroom=0);
421
422   /**
423    * Convenience function to free a chain of IOBufs held by a unique_ptr.
424    */
425   static void destroy(std::unique_ptr<IOBuf>&& data) {
426     auto destroyer = std::move(data);
427   }
428
429   /**
430    * Destroy this IOBuf.
431    *
432    * Deleting an IOBuf will automatically destroy all IOBufs in the chain.
433    * (See the comments above regarding the ownership model of IOBuf chains.
434    * All subsequent IOBufs in the chain are considered to be owned by the head
435    * of the chain.  Users should only explicitly delete the head of a chain.)
436    *
437    * When each individual IOBuf is destroyed, it will release its reference
438    * count on the underlying buffer.  If it was the last user of the buffer,
439    * the buffer will be freed.
440    */
441   ~IOBuf();
442
443   /**
444    * Check whether the chain is empty (i.e., whether the IOBufs in the
445    * chain have a total data length of zero).
446    *
447    * This method is semantically equivalent to
448    *   i->computeChainDataLength()==0
449    * but may run faster because it can short-circuit as soon as it
450    * encounters a buffer with length()!=0
451    */
452   bool empty() const;
453
454   /**
455    * Get the pointer to the start of the data.
456    */
457   const uint8_t* data() const {
458     return data_;
459   }
460
461   /**
462    * Get a writable pointer to the start of the data.
463    *
464    * The caller is responsible for calling unshare() first to ensure that it is
465    * actually safe to write to the buffer.
466    */
467   uint8_t* writableData() {
468     return data_;
469   }
470
471   /**
472    * Get the pointer to the end of the data.
473    */
474   const uint8_t* tail() const {
475     return data_ + length_;
476   }
477
478   /**
479    * Get a writable pointer to the end of the data.
480    *
481    * The caller is responsible for calling unshare() first to ensure that it is
482    * actually safe to write to the buffer.
483    */
484   uint8_t* writableTail() {
485     return data_ + length_;
486   }
487
488   /**
489    * Get the data length.
490    */
491   uint64_t length() const {
492     return length_;
493   }
494
495   /**
496    * Get the amount of head room.
497    *
498    * Returns the number of bytes in the buffer before the start of the data.
499    */
500   uint64_t headroom() const {
501     return data_ - buffer();
502   }
503
504   /**
505    * Get the amount of tail room.
506    *
507    * Returns the number of bytes in the buffer after the end of the data.
508    */
509   uint64_t tailroom() const {
510     return bufferEnd() - tail();
511   }
512
513   /**
514    * Get the pointer to the start of the buffer.
515    *
516    * Note that this is the pointer to the very beginning of the usable buffer,
517    * not the start of valid data within the buffer.  Use the data() method to
518    * get a pointer to the start of the data within the buffer.
519    */
520   const uint8_t* buffer() const {
521     return buf_;
522   }
523
524   /**
525    * Get a writable pointer to the start of the buffer.
526    *
527    * The caller is responsible for calling unshare() first to ensure that it is
528    * actually safe to write to the buffer.
529    */
530   uint8_t* writableBuffer() {
531     return buf_;
532   }
533
534   /**
535    * Get the pointer to the end of the buffer.
536    *
537    * Note that this is the pointer to the very end of the usable buffer,
538    * not the end of valid data within the buffer.  Use the tail() method to
539    * get a pointer to the end of the data within the buffer.
540    */
541   const uint8_t* bufferEnd() const {
542     return buf_ + capacity_;
543   }
544
545   /**
546    * Get the total size of the buffer.
547    *
548    * This returns the total usable length of the buffer.  Use the length()
549    * method to get the length of the actual valid data in this IOBuf.
550    */
551   uint64_t capacity() const {
552     return capacity_;
553   }
554
555   /**
556    * Get a pointer to the next IOBuf in this chain.
557    */
558   IOBuf* next() {
559     return next_;
560   }
561   const IOBuf* next() const {
562     return next_;
563   }
564
565   /**
566    * Get a pointer to the previous IOBuf in this chain.
567    */
568   IOBuf* prev() {
569     return prev_;
570   }
571   const IOBuf* prev() const {
572     return prev_;
573   }
574
575   /**
576    * Shift the data forwards in the buffer.
577    *
578    * This shifts the data pointer forwards in the buffer to increase the
579    * headroom.  This is commonly used to increase the headroom in a newly
580    * allocated buffer.
581    *
582    * The caller is responsible for ensuring that there is sufficient
583    * tailroom in the buffer before calling advance().
584    *
585    * If there is a non-zero data length, advance() will use memmove() to shift
586    * the data forwards in the buffer.  In this case, the caller is responsible
587    * for making sure the buffer is unshared, so it will not affect other IOBufs
588    * that may be sharing the same underlying buffer.
589    */
590   void advance(uint64_t amount) {
591     // In debug builds, assert if there is a problem.
592     assert(amount <= tailroom());
593
594     if (length_ > 0) {
595       memmove(data_ + amount, data_, length_);
596     }
597     data_ += amount;
598   }
599
600   /**
601    * Shift the data backwards in the buffer.
602    *
603    * The caller is responsible for ensuring that there is sufficient headroom
604    * in the buffer before calling retreat().
605    *
606    * If there is a non-zero data length, retreat() will use memmove() to shift
607    * the data backwards in the buffer.  In this case, the caller is responsible
608    * for making sure the buffer is unshared, so it will not affect other IOBufs
609    * that may be sharing the same underlying buffer.
610    */
611   void retreat(uint64_t amount) {
612     // In debug builds, assert if there is a problem.
613     assert(amount <= headroom());
614
615     if (length_ > 0) {
616       memmove(data_ - amount, data_, length_);
617     }
618     data_ -= amount;
619   }
620
621   /**
622    * Adjust the data pointer to include more valid data at the beginning.
623    *
624    * This moves the data pointer backwards to include more of the available
625    * buffer.  The caller is responsible for ensuring that there is sufficient
626    * headroom for the new data.  The caller is also responsible for populating
627    * this section with valid data.
628    *
629    * This does not modify any actual data in the buffer.
630    */
631   void prepend(uint64_t amount) {
632     DCHECK_LE(amount, headroom());
633     data_ -= amount;
634     length_ += amount;
635   }
636
637   /**
638    * Adjust the tail pointer to include more valid data at the end.
639    *
640    * This moves the tail pointer forwards to include more of the available
641    * buffer.  The caller is responsible for ensuring that there is sufficient
642    * tailroom for the new data.  The caller is also responsible for populating
643    * this section with valid data.
644    *
645    * This does not modify any actual data in the buffer.
646    */
647   void append(uint64_t amount) {
648     DCHECK_LE(amount, tailroom());
649     length_ += amount;
650   }
651
652   /**
653    * Adjust the data pointer forwards to include less valid data.
654    *
655    * This moves the data pointer forwards so that the first amount bytes are no
656    * longer considered valid data.  The caller is responsible for ensuring that
657    * amount is less than or equal to the actual data length.
658    *
659    * This does not modify any actual data in the buffer.
660    */
661   void trimStart(uint64_t amount) {
662     DCHECK_LE(amount, length_);
663     data_ += amount;
664     length_ -= amount;
665   }
666
667   /**
668    * Adjust the tail pointer backwards to include less valid data.
669    *
670    * This moves the tail pointer backwards so that the last amount bytes are no
671    * longer considered valid data.  The caller is responsible for ensuring that
672    * amount is less than or equal to the actual data length.
673    *
674    * This does not modify any actual data in the buffer.
675    */
676   void trimEnd(uint64_t amount) {
677     DCHECK_LE(amount, length_);
678     length_ -= amount;
679   }
680
681   /**
682    * Clear the buffer.
683    *
684    * Postcondition: headroom() == 0, length() == 0, tailroom() == capacity()
685    */
686   void clear() {
687     data_ = writableBuffer();
688     length_ = 0;
689   }
690
691   /**
692    * Ensure that this buffer has at least minHeadroom headroom bytes and at
693    * least minTailroom tailroom bytes.  The buffer must be writable
694    * (you must call unshare() before this, if necessary).
695    *
696    * Postcondition: headroom() >= minHeadroom, tailroom() >= minTailroom,
697    * the data (between data() and data() + length()) is preserved.
698    */
699   void reserve(uint64_t minHeadroom, uint64_t minTailroom) {
700     // Maybe we don't need to do anything.
701     if (headroom() >= minHeadroom && tailroom() >= minTailroom) {
702       return;
703     }
704     // If the buffer is empty but we have enough total room (head + tail),
705     // move the data_ pointer around.
706     if (length() == 0 &&
707         headroom() + tailroom() >= minHeadroom + minTailroom) {
708       data_ = writableBuffer() + minHeadroom;
709       return;
710     }
711     // Bah, we have to do actual work.
712     reserveSlow(minHeadroom, minTailroom);
713   }
714
715   /**
716    * Return true if this IOBuf is part of a chain of multiple IOBufs, or false
717    * if this is the only IOBuf in its chain.
718    */
719   bool isChained() const {
720     assert((next_ == this) == (prev_ == this));
721     return next_ != this;
722   }
723
724   /**
725    * Get the number of IOBufs in this chain.
726    *
727    * Beware that this method has to walk the entire chain.
728    * Use isChained() if you just want to check if this IOBuf is part of a chain
729    * or not.
730    */
731   size_t countChainElements() const;
732
733   /**
734    * Get the length of all the data in this IOBuf chain.
735    *
736    * Beware that this method has to walk the entire chain.
737    */
738   uint64_t computeChainDataLength() const;
739
740   /**
741    * Insert another IOBuf chain immediately before this IOBuf.
742    *
743    * For example, if there are two IOBuf chains (A, B, C) and (D, E, F),
744    * and B->prependChain(D) is called, the (D, E, F) chain will be subsumed
745    * and become part of the chain starting at A, which will now look like
746    * (A, D, E, F, B, C)
747    *
748    * Note that since IOBuf chains are circular, head->prependChain(other) can
749    * be used to append the other chain at the very end of the chain pointed to
750    * by head.  For example, if there are two IOBuf chains (A, B, C) and
751    * (D, E, F), and A->prependChain(D) is called, the chain starting at A will
752    * now consist of (A, B, C, D, E, F)
753    *
754    * The elements in the specified IOBuf chain will become part of this chain,
755    * and will be owned by the head of this chain.  When this chain is
756    * destroyed, all elements in the supplied chain will also be destroyed.
757    *
758    * For this reason, appendChain() only accepts an rvalue-reference to a
759    * unique_ptr(), to make it clear that it is taking ownership of the supplied
760    * chain.  If you have a raw pointer, you can pass in a new temporary
761    * unique_ptr around the raw pointer.  If you have an existing,
762    * non-temporary unique_ptr, you must call std::move(ptr) to make it clear
763    * that you are destroying the original pointer.
764    */
765   void prependChain(std::unique_ptr<IOBuf>&& iobuf);
766
767   /**
768    * Append another IOBuf chain immediately after this IOBuf.
769    *
770    * For example, if there are two IOBuf chains (A, B, C) and (D, E, F),
771    * and B->appendChain(D) is called, the (D, E, F) chain will be subsumed
772    * and become part of the chain starting at A, which will now look like
773    * (A, B, D, E, F, C)
774    *
775    * The elements in the specified IOBuf chain will become part of this chain,
776    * and will be owned by the head of this chain.  When this chain is
777    * destroyed, all elements in the supplied chain will also be destroyed.
778    *
779    * For this reason, appendChain() only accepts an rvalue-reference to a
780    * unique_ptr(), to make it clear that it is taking ownership of the supplied
781    * chain.  If you have a raw pointer, you can pass in a new temporary
782    * unique_ptr around the raw pointer.  If you have an existing,
783    * non-temporary unique_ptr, you must call std::move(ptr) to make it clear
784    * that you are destroying the original pointer.
785    */
786   void appendChain(std::unique_ptr<IOBuf>&& iobuf) {
787     // Just use prependChain() on the next element in our chain
788     next_->prependChain(std::move(iobuf));
789   }
790
791   /**
792    * Remove this IOBuf from its current chain.
793    *
794    * Since ownership of all elements an IOBuf chain is normally maintained by
795    * the head of the chain, unlink() transfers ownership of this IOBuf from the
796    * chain and gives it to the caller.  A new unique_ptr to the IOBuf is
797    * returned to the caller.  The caller must store the returned unique_ptr (or
798    * call release() on it) to take ownership, otherwise the IOBuf will be
799    * immediately destroyed.
800    *
801    * Since unlink transfers ownership of the IOBuf to the caller, be careful
802    * not to call unlink() on the head of a chain if you already maintain
803    * ownership on the head of the chain via other means.  The pop() method
804    * is a better choice for that situation.
805    */
806   std::unique_ptr<IOBuf> unlink() {
807     next_->prev_ = prev_;
808     prev_->next_ = next_;
809     prev_ = this;
810     next_ = this;
811     return std::unique_ptr<IOBuf>(this);
812   }
813
814   /**
815    * Remove this IOBuf from its current chain and return a unique_ptr to
816    * the IOBuf that formerly followed it in the chain.
817    */
818   std::unique_ptr<IOBuf> pop() {
819     IOBuf *next = next_;
820     next_->prev_ = prev_;
821     prev_->next_ = next_;
822     prev_ = this;
823     next_ = this;
824     return std::unique_ptr<IOBuf>((next == this) ? nullptr : next);
825   }
826
827   /**
828    * Remove a subchain from this chain.
829    *
830    * Remove the subchain starting at head and ending at tail from this chain.
831    *
832    * Returns a unique_ptr pointing to head.  (In other words, ownership of the
833    * head of the subchain is transferred to the caller.)  If the caller ignores
834    * the return value and lets the unique_ptr be destroyed, the subchain will
835    * be immediately destroyed.
836    *
837    * The subchain referenced by the specified head and tail must be part of the
838    * same chain as the current IOBuf, but must not contain the current IOBuf.
839    * However, the specified head and tail may be equal to each other (i.e.,
840    * they may be a subchain of length 1).
841    */
842   std::unique_ptr<IOBuf> separateChain(IOBuf* head, IOBuf* tail) {
843     assert(head != this);
844     assert(tail != this);
845
846     head->prev_->next_ = tail->next_;
847     tail->next_->prev_ = head->prev_;
848
849     head->prev_ = tail;
850     tail->next_ = head;
851
852     return std::unique_ptr<IOBuf>(head);
853   }
854
855   /**
856    * Return true if at least one of the IOBufs in this chain are shared,
857    * or false if all of the IOBufs point to unique buffers.
858    *
859    * Use isSharedOne() to only check this IOBuf rather than the entire chain.
860    */
861   bool isShared() const {
862     const IOBuf* current = this;
863     while (true) {
864       if (current->isSharedOne()) {
865         return true;
866       }
867       current = current->next_;
868       if (current == this) {
869         return false;
870       }
871     }
872   }
873
874   /**
875    * Return true if all IOBufs in this chain are managed by the usual
876    * refcounting mechanism (and so the lifetime of the underlying memory
877    * can be extended by clone()).
878    */
879   bool isManaged() const {
880     const IOBuf* current = this;
881     while (true) {
882       if (!current->isManagedOne()) {
883         return false;
884       }
885       current = current->next_;
886       if (current == this) {
887         return true;
888       }
889     }
890   }
891
892   /**
893    * Return true if this IOBuf is managed by the usual refcounting mechanism
894    * (and so the lifetime of the underlying memory can be extended by
895    * cloneOne()).
896    */
897   bool isManagedOne() const {
898     return sharedInfo();
899   }
900
901   /**
902    * Return true if other IOBufs are also pointing to the buffer used by this
903    * IOBuf, and false otherwise.
904    *
905    * If this IOBuf points at a buffer owned by another (non-IOBuf) part of the
906    * code (i.e., if the IOBuf was created using wrapBuffer(), or was cloned
907    * from such an IOBuf), it is always considered shared.
908    *
909    * This only checks the current IOBuf, and not other IOBufs in the chain.
910    */
911   bool isSharedOne() const {
912     // If this is a user-owned buffer, it is always considered shared
913     if (UNLIKELY(!sharedInfo())) {
914       return true;
915     }
916
917     if (LIKELY(!(flags() & kFlagMaybeShared))) {
918       return false;
919     }
920
921     // kFlagMaybeShared is set, so we need to check the reference count.
922     // (Checking the reference count requires an atomic operation, which is why
923     // we prefer to only check kFlagMaybeShared if possible.)
924     bool shared = sharedInfo()->refcount.load(std::memory_order_acquire) > 1;
925     if (!shared) {
926       // we're the last one left
927       clearFlags(kFlagMaybeShared);
928     }
929     return shared;
930   }
931
932   /**
933    * Ensure that this IOBuf has a unique buffer that is not shared by other
934    * IOBufs.
935    *
936    * unshare() operates on an entire chain of IOBuf objects.  If the chain is
937    * shared, it may also coalesce the chain when making it unique.  If the
938    * chain is coalesced, subsequent IOBuf objects in the current chain will be
939    * automatically deleted.
940    *
941    * Note that buffers owned by other (non-IOBuf) users are automatically
942    * considered shared.
943    *
944    * Throws std::bad_alloc on error.  On error the IOBuf chain will be
945    * unmodified.
946    *
947    * Currently unshare may also throw std::overflow_error if it tries to
948    * coalesce.  (TODO: In the future it would be nice if unshare() were smart
949    * enough not to coalesce the entire buffer if the data is too large.
950    * However, in practice this seems unlikely to become an issue.)
951    */
952   void unshare() {
953     if (isChained()) {
954       unshareChained();
955     } else {
956       unshareOne();
957     }
958   }
959
960   /**
961    * Ensure that this IOBuf has a unique buffer that is not shared by other
962    * IOBufs.
963    *
964    * unshareOne() operates on a single IOBuf object.  This IOBuf will have a
965    * unique buffer after unshareOne() returns, but other IOBufs in the chain
966    * may still be shared after unshareOne() returns.
967    *
968    * Throws std::bad_alloc on error.  On error the IOBuf will be unmodified.
969    */
970   void unshareOne() {
971     if (isSharedOne()) {
972       unshareOneSlow();
973     }
974   }
975
976   /**
977    * Ensure that the memory that IOBufs in this chain refer to will continue to
978    * be allocated for as long as the IOBufs of the chain (or any clone()s
979    * created from this point onwards) is alive.
980    *
981    * This only has an effect for user-owned buffers (created with the
982    * WRAP_BUFFER constructor or wrapBuffer factory function), in which case
983    * those buffers are unshared.
984    */
985   void makeManaged() {
986     if (isChained()) {
987       makeManagedChained();
988     } else {
989       makeManagedOne();
990     }
991   }
992
993   /**
994    * Ensure that the memory that this IOBuf refers to will continue to be
995    * allocated for as long as this IOBuf (or any clone()s created from this
996    * point onwards) is alive.
997    *
998    * This only has an effect for user-owned buffers (created with the
999    * WRAP_BUFFER constructor or wrapBuffer factory function), in which case
1000    * those buffers are unshared.
1001    */
1002   void makeManagedOne() {
1003     if (!isManagedOne()) {
1004       // We can call the internal function directly; unmanaged implies shared.
1005       unshareOneSlow();
1006     }
1007   }
1008
1009   /**
1010    * Coalesce this IOBuf chain into a single buffer.
1011    *
1012    * This method moves all of the data in this IOBuf chain into a single
1013    * contiguous buffer, if it is not already in one buffer.  After coalesce()
1014    * returns, this IOBuf will be a chain of length one.  Other IOBufs in the
1015    * chain will be automatically deleted.
1016    *
1017    * After coalescing, the IOBuf will have at least as much headroom as the
1018    * first IOBuf in the chain, and at least as much tailroom as the last IOBuf
1019    * in the chain.
1020    *
1021    * Throws std::bad_alloc on error.  On error the IOBuf chain will be
1022    * unmodified.
1023    *
1024    * Returns ByteRange that points to the data IOBuf stores.
1025    */
1026   ByteRange coalesce() {
1027     if (isChained()) {
1028       coalesceSlow();
1029     }
1030     return ByteRange(data_, length_);
1031   }
1032
1033   /**
1034    * Ensure that this chain has at least maxLength bytes available as a
1035    * contiguous memory range.
1036    *
1037    * This method coalesces whole buffers in the chain into this buffer as
1038    * necessary until this buffer's length() is at least maxLength.
1039    *
1040    * After coalescing, the IOBuf will have at least as much headroom as the
1041    * first IOBuf in the chain, and at least as much tailroom as the last IOBuf
1042    * that was coalesced.
1043    *
1044    * Throws std::bad_alloc or std::overflow_error on error.  On error the IOBuf
1045    * chain will be unmodified.  Throws std::overflow_error if maxLength is
1046    * longer than the total chain length.
1047    *
1048    * Upon return, either enough of the chain was coalesced into a contiguous
1049    * region, or the entire chain was coalesced.  That is,
1050    * length() >= maxLength || !isChained() is true.
1051    */
1052   void gather(uint64_t maxLength) {
1053     if (!isChained() || length_ >= maxLength) {
1054       return;
1055     }
1056     coalesceSlow(maxLength);
1057   }
1058
1059   /**
1060    * Return a new IOBuf chain sharing the same data as this chain.
1061    *
1062    * The new IOBuf chain will normally point to the same underlying data
1063    * buffers as the original chain.  (The one exception to this is if some of
1064    * the IOBufs in this chain contain small internal data buffers which cannot
1065    * be shared.)
1066    */
1067   std::unique_ptr<IOBuf> clone() const;
1068
1069   /**
1070    * Return a new IOBuf with the same data as this IOBuf.
1071    *
1072    * The new IOBuf returned will not be part of a chain (even if this IOBuf is
1073    * part of a larger chain).
1074    */
1075   std::unique_ptr<IOBuf> cloneOne() const;
1076
1077   /**
1078    * Similar to Clone(). But use other as the head node. Other nodes in the
1079    * chain (if any) will be allocted on heap.
1080    */
1081   void cloneInto(IOBuf& other) const;
1082
1083   /**
1084    * Similar to CloneOne(). But to fill an existing IOBuf instead of a new
1085    * IOBuf.
1086    */
1087   void cloneOneInto(IOBuf& other) const;
1088
1089   /**
1090    * Return an iovector suitable for e.g. writev()
1091    *
1092    *   auto iov = buf->getIov();
1093    *   auto xfer = writev(fd, iov.data(), iov.size());
1094    *
1095    * Naturally, the returned iovector is invalid if you modify the buffer
1096    * chain.
1097    */
1098   folly::fbvector<struct iovec> getIov() const;
1099
1100   /**
1101    * Update an existing iovec array with the IOBuf data.
1102    *
1103    * New iovecs will be appended to the existing vector; anything already
1104    * present in the vector will be left unchanged.
1105    *
1106    * Naturally, the returned iovec data will be invalid if you modify the
1107    * buffer chain.
1108    */
1109   void appendToIov(folly::fbvector<struct iovec>* iov) const;
1110
1111   /**
1112    * Fill an iovec array with the IOBuf data.
1113    *
1114    * Returns the number of iovec filled. If there are more buffer than
1115    * iovec, returns 0. This version is suitable to use with stack iovec
1116    * arrays.
1117    *
1118    * Naturally, the filled iovec data will be invalid if you modify the
1119    * buffer chain.
1120    */
1121   size_t fillIov(struct iovec* iov, size_t len) const;
1122
1123   /*
1124    * Overridden operator new and delete.
1125    * These perform specialized memory management to help support
1126    * createCombined(), which allocates IOBuf objects together with the buffer
1127    * data.
1128    */
1129   void* operator new(size_t size);
1130   void* operator new(size_t size, void* ptr);
1131   void operator delete(void* ptr);
1132
1133   /**
1134    * Destructively convert this IOBuf to a fbstring efficiently.
1135    * We rely on fbstring's AcquireMallocatedString constructor to
1136    * transfer memory.
1137    */
1138   fbstring moveToFbString();
1139
1140   /**
1141    * Iteration support: a chain of IOBufs may be iterated through using
1142    * STL-style iterators over const ByteRanges.  Iterators are only invalidated
1143    * if the IOBuf that they currently point to is removed.
1144    */
1145   Iterator cbegin() const;
1146   Iterator cend() const;
1147   Iterator begin() const;
1148   Iterator end() const;
1149
1150   /**
1151    * Allocate a new null buffer.
1152    *
1153    * This can be used to allocate an empty IOBuf on the stack.  It will have no
1154    * space allocated for it.  This is generally useful only to later use move
1155    * assignment to fill out the IOBuf.
1156    */
1157   IOBuf() noexcept;
1158
1159   /**
1160    * Move constructor and assignment operator.
1161    *
1162    * In general, you should only ever move the head of an IOBuf chain.
1163    * Internal nodes in an IOBuf chain are owned by the head of the chain, and
1164    * should not be moved from.  (Technically, nothing prevents you from moving
1165    * a non-head node, but the moved-to node will replace the moved-from node in
1166    * the chain.  This has implications for ownership, since non-head nodes are
1167    * owned by the chain head.  You are then responsible for relinquishing
1168    * ownership of the moved-to node, and manually deleting the moved-from
1169    * node.)
1170    *
1171    * With the move assignment operator, the destination of the move should be
1172    * the head of an IOBuf chain or a solitary IOBuf not part of a chain.  If
1173    * the move destination is part of a chain, all other IOBufs in the chain
1174    * will be deleted.
1175    */
1176   IOBuf(IOBuf&& other) noexcept;
1177   IOBuf& operator=(IOBuf&& other) noexcept;
1178
1179   IOBuf(const IOBuf& other);
1180   IOBuf& operator=(const IOBuf& other);
1181
1182  private:
1183   enum FlagsEnum : uintptr_t {
1184     // Adding any more flags would not work on 32-bit architectures,
1185     // as these flags are stashed in the least significant 2 bits of a
1186     // max-align-aligned pointer.
1187     kFlagFreeSharedInfo = 0x1,
1188     kFlagMaybeShared = 0x2,
1189     kFlagMask = kFlagFreeSharedInfo | kFlagMaybeShared
1190   };
1191
1192   struct SharedInfo {
1193     SharedInfo();
1194     SharedInfo(FreeFunction fn, void* arg);
1195
1196     // A pointer to a function to call to free the buffer when the refcount
1197     // hits 0.  If this is null, free() will be used instead.
1198     FreeFunction freeFn;
1199     void* userData;
1200     std::atomic<uint32_t> refcount;
1201   };
1202   // Helper structs for use by operator new and delete
1203   struct HeapPrefix;
1204   struct HeapStorage;
1205   struct HeapFullStorage;
1206
1207   /**
1208    * Create a new IOBuf pointing to an external buffer.
1209    *
1210    * The caller is responsible for holding a reference count for this new
1211    * IOBuf.  The IOBuf constructor does not automatically increment the
1212    * reference count.
1213    */
1214   struct InternalConstructor {};  // avoid conflicts
1215   IOBuf(InternalConstructor, uintptr_t flagsAndSharedInfo,
1216         uint8_t* buf, uint64_t capacity,
1217         uint8_t* data, uint64_t length);
1218
1219   void unshareOneSlow();
1220   void unshareChained();
1221   void makeManagedChained();
1222   void coalesceSlow();
1223   void coalesceSlow(size_t maxLength);
1224   // newLength must be the entire length of the buffers between this and
1225   // end (no truncation)
1226   void coalesceAndReallocate(
1227       size_t newHeadroom,
1228       size_t newLength,
1229       IOBuf* end,
1230       size_t newTailroom);
1231   void coalesceAndReallocate(size_t newLength, IOBuf* end) {
1232     coalesceAndReallocate(headroom(), newLength, end, end->prev_->tailroom());
1233   }
1234   void decrementRefcount();
1235   void reserveSlow(uint64_t minHeadroom, uint64_t minTailroom);
1236   void freeExtBuffer();
1237
1238   static size_t goodExtBufferSize(uint64_t minCapacity);
1239   static void initExtBuffer(uint8_t* buf, size_t mallocSize,
1240                             SharedInfo** infoReturn,
1241                             uint64_t* capacityReturn);
1242   static void allocExtBuffer(uint64_t minCapacity,
1243                              uint8_t** bufReturn,
1244                              SharedInfo** infoReturn,
1245                              uint64_t* capacityReturn);
1246   static void releaseStorage(HeapStorage* storage, uint16_t freeFlags);
1247   static void freeInternalBuf(void* buf, void* userData);
1248
1249   /*
1250    * Member variables
1251    */
1252
1253   /*
1254    * Links to the next and the previous IOBuf in this chain.
1255    *
1256    * The chain is circularly linked (the last element in the chain points back
1257    * at the head), and next_ and prev_ can never be null.  If this IOBuf is the
1258    * only element in the chain, next_ and prev_ will both point to this.
1259    */
1260   IOBuf* next_{this};
1261   IOBuf* prev_{this};
1262
1263   /*
1264    * A pointer to the start of the data referenced by this IOBuf, and the
1265    * length of the data.
1266    *
1267    * This may refer to any subsection of the actual buffer capacity.
1268    */
1269   uint8_t* data_{nullptr};
1270   uint8_t* buf_{nullptr};
1271   uint64_t length_{0};
1272   uint64_t capacity_{0};
1273
1274   // Pack flags in least significant 2 bits, sharedInfo in the rest
1275   mutable uintptr_t flagsAndSharedInfo_{0};
1276
1277   static inline uintptr_t packFlagsAndSharedInfo(uintptr_t flags,
1278                                                  SharedInfo* info) {
1279     uintptr_t uinfo = reinterpret_cast<uintptr_t>(info);
1280     DCHECK_EQ(flags & ~kFlagMask, 0);
1281     DCHECK_EQ(uinfo & kFlagMask, 0);
1282     return flags | uinfo;
1283   }
1284
1285   inline SharedInfo* sharedInfo() const {
1286     return reinterpret_cast<SharedInfo*>(flagsAndSharedInfo_ & ~kFlagMask);
1287   }
1288
1289   inline void setSharedInfo(SharedInfo* info) {
1290     uintptr_t uinfo = reinterpret_cast<uintptr_t>(info);
1291     DCHECK_EQ(uinfo & kFlagMask, 0);
1292     flagsAndSharedInfo_ = (flagsAndSharedInfo_ & kFlagMask) | uinfo;
1293   }
1294
1295   inline uintptr_t flags() const {
1296     return flagsAndSharedInfo_ & kFlagMask;
1297   }
1298
1299   // flags_ are changed from const methods
1300   inline void setFlags(uintptr_t flags) const {
1301     DCHECK_EQ(flags & ~kFlagMask, 0);
1302     flagsAndSharedInfo_ |= flags;
1303   }
1304
1305   inline void clearFlags(uintptr_t flags) const {
1306     DCHECK_EQ(flags & ~kFlagMask, 0);
1307     flagsAndSharedInfo_ &= ~flags;
1308   }
1309
1310   inline void setFlagsAndSharedInfo(uintptr_t flags, SharedInfo* info) {
1311     flagsAndSharedInfo_ = packFlagsAndSharedInfo(flags, info);
1312   }
1313
1314   struct DeleterBase {
1315     virtual ~DeleterBase() { }
1316     virtual void dispose(void* p) = 0;
1317   };
1318
1319   template <class UniquePtr>
1320   struct UniquePtrDeleter : public DeleterBase {
1321     typedef typename UniquePtr::pointer Pointer;
1322     typedef typename UniquePtr::deleter_type Deleter;
1323
1324     explicit UniquePtrDeleter(Deleter deleter) : deleter_(std::move(deleter)){ }
1325     void dispose(void* p) {
1326       try {
1327         deleter_(static_cast<Pointer>(p));
1328         delete this;
1329       } catch (...) {
1330         abort();
1331       }
1332     }
1333
1334    private:
1335     Deleter deleter_;
1336   };
1337
1338   static void freeUniquePtrBuffer(void* ptr, void* userData) {
1339     static_cast<DeleterBase*>(userData)->dispose(ptr);
1340   }
1341 };
1342
1343 /**
1344  * Hasher for IOBuf objects. Hashes the entire chain using SpookyHashV2.
1345  */
1346 struct IOBufHash {
1347   size_t operator()(const IOBuf& buf) const;
1348   size_t operator()(const std::unique_ptr<IOBuf>& buf) const {
1349     return buf ? (*this)(*buf) : 0;
1350   }
1351 };
1352
1353 /**
1354  * Equality predicate for IOBuf objects. Compares data in the entire chain.
1355  */
1356 struct IOBufEqual {
1357   bool operator()(const IOBuf& a, const IOBuf& b) const;
1358   bool operator()(const std::unique_ptr<IOBuf>& a,
1359                   const std::unique_ptr<IOBuf>& b) const {
1360     if (!a && !b) {
1361       return true;
1362     } else if (!a || !b) {
1363       return false;
1364     } else {
1365       return (*this)(*a, *b);
1366     }
1367   }
1368 };
1369
1370 template <class UniquePtr>
1371 typename std::enable_if<detail::IsUniquePtrToSL<UniquePtr>::value,
1372                         std::unique_ptr<IOBuf>>::type
1373 IOBuf::takeOwnership(UniquePtr&& buf, size_t count) {
1374   size_t size = count * sizeof(typename UniquePtr::element_type);
1375   auto deleter = new UniquePtrDeleter<UniquePtr>(buf.get_deleter());
1376   return takeOwnership(buf.release(),
1377                        size,
1378                        &IOBuf::freeUniquePtrBuffer,
1379                        deleter);
1380 }
1381
1382 inline std::unique_ptr<IOBuf> IOBuf::copyBuffer(
1383     const void* data, uint64_t size, uint64_t headroom,
1384     uint64_t minTailroom) {
1385   uint64_t capacity = headroom + size + minTailroom;
1386   std::unique_ptr<IOBuf> buf = create(capacity);
1387   buf->advance(headroom);
1388   memcpy(buf->writableData(), data, size);
1389   buf->append(size);
1390   return buf;
1391 }
1392
1393 inline std::unique_ptr<IOBuf> IOBuf::copyBuffer(const std::string& buf,
1394                                                 uint64_t headroom,
1395                                                 uint64_t minTailroom) {
1396   return copyBuffer(buf.data(), buf.size(), headroom, minTailroom);
1397 }
1398
1399 inline std::unique_ptr<IOBuf> IOBuf::maybeCopyBuffer(const std::string& buf,
1400                                                      uint64_t headroom,
1401                                                      uint64_t minTailroom) {
1402   if (buf.empty()) {
1403     return nullptr;
1404   }
1405   return copyBuffer(buf.data(), buf.size(), headroom, minTailroom);
1406 }
1407
1408 class IOBuf::Iterator : public boost::iterator_facade<
1409     IOBuf::Iterator,  // Derived
1410     const ByteRange,  // Value
1411     boost::forward_traversal_tag  // Category or traversal
1412   > {
1413   friend class boost::iterator_core_access;
1414  public:
1415   // Note that IOBufs are stored as a circular list without a guard node,
1416   // so pos == end is ambiguous (it may mean "begin" or "end").  To solve
1417   // the ambiguity (at the cost of one extra comparison in the "increment"
1418   // code path), we define end iterators as having pos_ == end_ == nullptr
1419   // and we only allow forward iteration.
1420   explicit Iterator(const IOBuf* pos, const IOBuf* end)
1421     : pos_(pos),
1422       end_(end) {
1423     // Sadly, we must return by const reference, not by value.
1424     if (pos_) {
1425       setVal();
1426     }
1427   }
1428
1429  private:
1430   void setVal() {
1431     val_ = ByteRange(pos_->data(), pos_->tail());
1432   }
1433
1434   void adjustForEnd() {
1435     if (pos_ == end_) {
1436       pos_ = end_ = nullptr;
1437       val_ = ByteRange();
1438     } else {
1439       setVal();
1440     }
1441   }
1442
1443   const ByteRange& dereference() const {
1444     return val_;
1445   }
1446
1447   bool equal(const Iterator& other) const {
1448     // We must compare end_ in addition to pos_, because forward traversal
1449     // requires that if two iterators are equal (a == b) and dereferenceable,
1450     // then ++a == ++b.
1451     return pos_ == other.pos_ && end_ == other.end_;
1452   }
1453
1454   void increment() {
1455     pos_ = pos_->next();
1456     adjustForEnd();
1457   }
1458
1459   const IOBuf* pos_;
1460   const IOBuf* end_;
1461   ByteRange val_;
1462 };
1463
1464 inline IOBuf::Iterator IOBuf::begin() const { return cbegin(); }
1465 inline IOBuf::Iterator IOBuf::end() const { return cend(); }
1466
1467 } // folly
1468
1469 #pragma GCC diagnostic pop
1470
1471 #endif // FOLLY_IO_IOBUF_H_