Remove CDS_CXX11_LAMBDA_SUPPORT macro and a lot of emulating code
[libcds.git] / cds / container / ellen_bintree_map_rcu.h
1 //$$CDS-header$$
2
3 #ifndef __CDS_CONTAINER_ELLEN_BINTREE_MAP_RCU_H
4 #define __CDS_CONTAINER_ELLEN_BINTREE_MAP_RCU_H
5
6 #include <cds/container/ellen_bintree_base.h>
7 #include <cds/intrusive/ellen_bintree_rcu.h>
8 #include <cds/details/functor_wrapper.h>
9
10 namespace cds { namespace container {
11
12     /// Map based on Ellen's et al binary search tree (RCU specialization)
13     /** @ingroup cds_nonintrusive_map
14         @ingroup cds_nonintrusive_tree
15         @anchor cds_container_EllenBinTreeMap_rcu
16
17         Source:
18             - [2010] F.Ellen, P.Fatourou, E.Ruppert, F.van Breugel "Non-blocking Binary Search Tree"
19
20         %EllenBinTreeMap is an unbalanced leaf-oriented binary search tree that implements the <i>map</i>
21         abstract data type. Nodes maintains child pointers but not parent pointers.
22         Every internal node has exactly two children, and all data of type <tt>std::pair<Key const, T></tt>
23         currently in the tree are stored in the leaves. Internal nodes of the tree are used to direct \p find
24         operation along the path to the correct leaf. The keys (of \p Key type) stored in internal nodes
25         may or may not be in the map.
26         Unlike \ref cds_container_EllenBinTreeSet_rcu "EllenBinTreeSet" keys are not a part of \p T type.
27         The map can be represented as a set containing <tt>std::pair< Key const, T> </tt> values.
28
29         Due to \p extract_min and \p extract_max member functions the \p %EllenBinTreeMap can act as
30         a <i>priority queue</i>. In this case you should provide unique compound key, for example,
31         the priority value plus some uniformly distributed random value.
32
33         @warning Recall the tree is <b>unbalanced</b>. The complexity of operations is <tt>O(log N)</tt>
34         for uniformly distributed random keys, but in worst case the complexity is <tt>O(N)</tt>.
35
36         @note In the current implementation we do not use helping technique described in original paper.
37         So, the current implementation is near to fine-grained lock-based tree.
38         Helping will be implemented in future release
39
40         <b>Template arguments</b> :
41         - \p RCU - one of \ref cds_urcu_gc "RCU type"
42         - \p Key - key type
43         - \p T - value type to be stored in tree's leaf nodes.
44         - \p Traits - type traits. See ellen_bintree::type_traits for explanation.
45
46         It is possible to declare option-based tree with ellen_bintree::make_map_traits metafunction
47         instead of \p Traits template argument.
48         Template argument list \p Options of ellen_bintree::make_map_traits metafunction are:
49         - opt::compare - key compare functor. No default functor is provided.
50             If the option is not specified, \p %opt::less is used.
51         - opt::less - specifies binary predicate used for key compare. At least \p %opt::compare or \p %opt::less should be defined.
52         - opt::item_counter - the type of item counting feature. Default is \ref atomicity::empty_item_counter that is no item counting.
53         - opt::memory_model - C++ memory ordering model. Can be opt::v::relaxed_ordering (relaxed memory model, the default)
54             or opt::v::sequential_consistent (sequentially consisnent memory model).
55         - opt::allocator - the allocator used for \ref ellen_bintree::map_node "leaf nodes" which contains data.
56             Default is \ref CDS_DEFAULT_ALLOCATOR.
57         - opt::node_allocator - the allocator used for \ref ellen_bintree::internal_node "internal nodes".
58             Default is \ref CDS_DEFAULT_ALLOCATOR.
59         - ellen_bintree::update_desc_allocator - an allocator of \ref ellen_bintree::update_desc "update descriptors",
60             default is \ref CDS_DEFAULT_ALLOCATOR.
61             Note that update descriptor is helping data structure with short lifetime and it is good candidate for pooling.
62             The number of simultaneously existing descriptors is a relatively small number limited the number of threads
63             working with the tree and RCU buffer size.
64             Therefore, a bounded lock-free container like \p cds::container::VyukovMPMCCycleQueue is good choice for the free-list
65             of update descriptors, see cds::memory::vyukov_queue_pool free-list implementation.
66             Also notice that size of update descriptor is not dependent on the type of data
67             stored in the tree so single free-list object can be used for several EllenBinTree-based object.
68         - opt::stat - internal statistics. Available types: ellen_bintree::stat, ellen_bintree::empty_stat (the default)
69         - opt::rcu_check_deadlock - a deadlock checking policy. Default is opt::v::rcu_throw_deadlock
70         - opt::copy_policy - key copy policy defines a functor to copy leaf node's key to internal node.
71             By default, assignment operator is used.
72             The copy functor interface is:
73             \code
74             struct copy_functor {
75                 void operator()( Key& dest, Key const& src );
76             };
77             \endcode
78
79         @note Before including <tt><cds/container/ellen_bintree_map_rcu.h></tt> you should include appropriate RCU header file,
80         see \ref cds_urcu_gc "RCU type" for list of existing RCU class and corresponding header files.
81     */
82     template <
83         class RCU,
84         typename Key,
85         typename T,
86 #ifdef CDS_DOXYGEN_INVOKED
87         class Traits = ellen_bintree::type_traits
88 #else
89         class Traits
90 #endif
91     >
92     class EllenBinTreeMap< cds::urcu::gc<RCU>, Key, T, Traits >
93 #ifdef CDS_DOXYGEN_INVOKED
94         : public cds::intrusive::EllenBinTree< cds::urcu::gc<RCU>, Key, T, Traits >
95 #else
96         : public ellen_bintree::details::make_ellen_bintree_map< cds::urcu::gc<RCU>, Key, T, Traits >::type
97 #endif
98     {
99         //@cond
100         typedef ellen_bintree::details::make_ellen_bintree_map< cds::urcu::gc<RCU>, Key, T, Traits > maker;
101         typedef typename maker::type base_class;
102         //@endcond
103     public:
104         typedef cds::urcu::gc<RCU>  gc  ;   ///< RCU Garbage collector
105         typedef Key     key_type        ;   ///< type of a key stored in the map
106         typedef T       mapped_type      ;  ///< type of value stored in the map
107         typedef std::pair< key_type const, mapped_type >    value_type  ;   ///< Key-value pair stored in leaf node of the mp
108         typedef Traits  options         ;   ///< Traits template parameter
109
110 #   ifdef CDS_DOXYGEN_INVOKED
111         typedef implementation_defined key_comparator  ;    ///< key compare functor based on opt::compare and opt::less option setter.
112 #   else
113         typedef typename maker::intrusive_type_traits::compare   key_comparator;
114 #   endif
115         typedef typename base_class::item_counter           item_counter        ; ///< Item counting policy used
116         typedef typename base_class::memory_model           memory_model        ; ///< Memory ordering. See cds::opt::memory_model option
117         typedef typename base_class::node_allocator         node_allocator_type ; ///< allocator for maintaining internal node
118         typedef typename base_class::stat                   stat                ; ///< internal statistics type
119         typedef typename base_class::rcu_check_deadlock     rcu_check_deadlock  ; ///< Deadlock checking policy
120         typedef typename options::copy_policy               copy_policy         ; ///< key copy policy
121
122         typedef typename options::allocator                 allocator_type      ;   ///< Allocator for leaf nodes
123         typedef typename base_class::node_allocator         node_allocator      ;   ///< Internal node allocator
124         typedef typename base_class::update_desc_allocator  update_desc_allocator ; ///< Update descriptor allocator
125
126         static CDS_CONSTEXPR_CONST bool c_bExtractLockExternal = base_class::c_bExtractLockExternal; ///< Group of \p extract_xxx functions do not require external locking
127
128     protected:
129         //@cond
130         typedef typename base_class::value_type         leaf_node;
131         typedef typename base_class::internal_node      internal_node;
132         typedef typename base_class::update_desc        update_desc;
133
134         typedef typename maker::cxx_leaf_node_allocator cxx_leaf_node_allocator;
135
136         typedef std::unique_ptr< leaf_node, typename maker::leaf_deallocator >    scoped_node_ptr;
137         //@endcond
138
139     public:
140         typedef typename gc::scoped_lock    rcu_lock ;  ///< RCU scoped lock
141
142         /// pointer to extracted node
143         typedef cds::urcu::exempt_ptr< gc, leaf_node, value_type, typename maker::intrusive_type_traits::disposer,
144             cds::urcu::details::conventional_exempt_member_cast<leaf_node, value_type>
145         > exempt_ptr;
146
147     public:
148         /// Default constructor
149         EllenBinTreeMap()
150             : base_class()
151         {}
152
153         /// Clears the map
154         ~EllenBinTreeMap()
155         {}
156
157         /// Inserts new node with key and default value
158         /**
159             The function creates a node with \p key and default value, and then inserts the node created into the map.
160
161             Preconditions:
162             - The \ref key_type should be constructible from a value of type \p K.
163                 In trivial case, \p K is equal to \ref key_type.
164             - The \ref mapped_type should be default-constructible.
165
166             RCU \p synchronize method can be called. RCU should not be locked.
167
168             Returns \p true if inserting successful, \p false otherwise.
169         */
170         template <typename K>
171         bool insert( K const& key )
172         {
173             return insert_key( key, [](value_type&){} );
174         }
175
176         /// Inserts new node
177         /**
178             The function creates a node with copy of \p val value
179             and then inserts the node created into the map.
180
181             Preconditions:
182             - The \ref key_type should be constructible from \p key of type \p K.
183             - The \ref value_type should be constructible from \p val of type \p V.
184
185             RCU \p synchronize method can be called. RCU should not be locked.
186
187             Returns \p true if \p val is inserted into the map, \p false otherwise.
188         */
189         template <typename K, typename V>
190         bool insert( K const& key, V const& val )
191         {
192             scoped_node_ptr pNode( cxx_leaf_node_allocator().New( key, val ));
193             if ( base_class::insert( *pNode ))
194             {
195                 pNode.release();
196                 return true;
197             }
198             return false;
199         }
200
201         /// Inserts new node and initialize it by a functor
202         /**
203             This function inserts new node with key \p key and if inserting is successful then it calls
204             \p func functor with signature
205             \code
206                 struct functor {
207                     void operator()( value_type& item );
208                 };
209             \endcode
210
211             The argument \p item of user-defined functor \p func is the reference
212             to the map's item inserted:
213                 - <tt>item.first</tt> is a const reference to item's key that cannot be changed.
214                 - <tt>item.second</tt> is a reference to item's value that may be changed.
215
216             The user-defined functor can be passed by reference using <tt>boost::ref</tt>
217             and it is called only if inserting is successful.
218
219             The key_type should be constructible from value of type \p K.
220
221             The function allows to split creating of new item into two part:
222             - create item from \p key;
223             - insert new item into the map;
224             - if inserting is successful, initialize the value of item by calling \p func functor
225
226             This can be useful if complete initialization of object of \p value_type is heavyweight and
227             it is preferable that the initialization should be completed only if inserting is successful.
228
229             RCU \p synchronize method can be called. RCU should not be locked.
230         */
231         template <typename K, typename Func>
232         bool insert_key( const K& key, Func func )
233         {
234             scoped_node_ptr pNode( cxx_leaf_node_allocator().New( key ));
235             if ( base_class::insert( *pNode, [&func]( leaf_node& item ) { cds::unref(func)( item.m_Value ); } )) {
236                 pNode.release();
237                 return true;
238             }
239             return false;
240         }
241
242         /// For key \p key inserts data of type \ref value_type constructed with <tt>std::forward<Args>(args)...</tt>
243         /**
244             Returns \p true if inserting successful, \p false otherwise.
245
246             RCU \p synchronize method can be called. RCU should not be locked.
247         */
248         template <typename K, typename... Args>
249         bool emplace( K&& key, Args&&... args )
250         {
251             scoped_node_ptr pNode( cxx_leaf_node_allocator().New( std::forward<K>(key), std::forward<Args>(args)... ));
252             if ( base_class::insert( *pNode )) {
253                 pNode.release();
254                 return true;
255             }
256             return false;
257         }
258
259         /// Ensures that the \p key exists in the map
260         /**
261             The operation performs inserting or changing data with lock-free manner.
262
263             If the \p key not found in the map, then the new item created from \p key
264             is inserted into the map (note that in this case the \ref key_type should be
265             constructible from type \p K).
266             Otherwise, the functor \p func is called with item found.
267             The functor \p Func may be a function with signature:
268             \code
269                 void func( bool bNew, value_type& item );
270             \endcode
271             or a functor:
272             \code
273                 struct my_functor {
274                     void operator()( bool bNew, value_type& item );
275                 };
276             \endcode
277
278             with arguments:
279             - \p bNew - \p true if the item has been inserted, \p false otherwise
280             - \p item - item of the list
281
282             The functor may change any fields of the \p item.second that is \ref value_type.
283
284             You may pass \p func argument by reference using <tt>boost::ref</tt>.
285
286             RCU \p synchronize method can be called. RCU should not be locked.
287
288             Returns <tt> std::pair<bool, bool> </tt> where \p first is true if operation is successfull,
289             \p second is true if new item has been added or \p false if the item with \p key
290             already is in the list.
291         */
292         template <typename K, typename Func>
293         std::pair<bool, bool> ensure( K const& key, Func func )
294         {
295             scoped_node_ptr pNode( cxx_leaf_node_allocator().New( key ));
296             std::pair<bool, bool> res = base_class::ensure( *pNode,
297                 [&func](bool bNew, leaf_node& item, leaf_node const& ){ cds::unref(func)( bNew, item.m_Value ); }
298             );
299             if ( res.first && res.second )
300                 pNode.release();
301             return res;
302         }
303
304         /// Delete \p key from the map
305         /**\anchor cds_nonintrusive_EllenBinTreeMap_rcu_erase_val
306
307             RCU \p synchronize method can be called. RCU should not be locked.
308
309             Return \p true if \p key is found and deleted, \p false otherwise
310         */
311         template <typename K>
312         bool erase( K const& key )
313         {
314             return base_class::erase(key);
315         }
316
317         /// Deletes the item from the map using \p pred predicate for searching
318         /**
319             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_EllenBinTreeMap_rcu_erase_val "erase(K const&)"
320             but \p pred is used for key comparing.
321             \p Less functor has the interface like \p std::less.
322             \p Less must imply the same element order as the comparator used for building the map.
323         */
324         template <typename K, typename Less>
325         bool erase_with( K const& key, Less pred )
326         {
327             return base_class::erase_with( key, cds::details::predicate_wrapper< leaf_node, Less, typename maker::key_accessor >());
328         }
329
330         /// Delete \p key from the map
331         /** \anchor cds_nonintrusive_EllenBinTreeMap_rcu_erase_func
332
333             The function searches an item with key \p key, calls \p f functor
334             and deletes the item. If \p key is not found, the functor is not called.
335
336             The functor \p Func interface:
337             \code
338             struct extractor {
339                 void operator()(value_type& item) { ... }
340             };
341             \endcode
342             The functor may be passed by reference using <tt>boost:ref</tt>
343
344             RCU \p synchronize method can be called. RCU should not be locked.
345
346             Return \p true if key is found and deleted, \p false otherwise
347         */
348         template <typename K, typename Func>
349         bool erase( K const& key, Func f )
350         {
351             return base_class::erase( key, [&f]( leaf_node& node) { cds::unref(f)( node.m_Value ); } );
352         }
353
354         /// Deletes the item from the map using \p pred predicate for searching
355         /**
356             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_EllenBinTreeMap_rcu_erase_func "erase(K const&, Func)"
357             but \p pred is used for key comparing.
358             \p Less functor has the interface like \p std::less.
359             \p Less must imply the same element order as the comparator used for building the map.
360         */
361         template <typename K, typename Less, typename Func>
362         bool erase_with( K const& key, Less pred, Func f )
363         {
364             return base_class::erase_with( key, cds::details::predicate_wrapper< leaf_node, Less, typename maker::key_accessor >(),
365                 [&f]( leaf_node& node) { cds::unref(f)( node.m_Value ); } );
366         }
367
368         /// Extracts an item with minimal key from the map
369         /**
370             If the map is not empty, the function returns \p true, \p result contains a pointer to value.
371             If the map is empty, the function returns \p false, \p result is left unchanged.
372
373             @note Due the concurrent nature of the map, the function extracts <i>nearly</i> minimum key.
374             It means that the function gets leftmost leaf of the tree and tries to unlink it.
375             During unlinking, a concurrent thread may insert an item with key less than leftmost item's key.
376             So, the function returns the item with minimum key at the moment of tree traversing.
377
378             RCU \p synchronize method can be called. RCU should NOT be locked.
379             The function does not free the item.
380             The deallocator will be implicitly invoked when \p result object is destroyed or when
381             <tt>result.release()</tt> is called, see cds::urcu::exempt_ptr for explanation.
382             @note Before reusing \p result object you should call its \p release() method.
383         */
384         bool extract_min( exempt_ptr& result )
385         {
386             return base_class::extract_min_( result );
387         }
388
389         /// Extracts an item with maximal key from the map
390         /**
391             If the map is not empty, the function returns \p true, \p result contains a pointer to extracted item.
392             If the map is empty, the function returns \p false, \p result is left unchanged.
393
394             @note Due the concurrent nature of the map, the function extracts <i>nearly</i> maximal key.
395             It means that the function gets rightmost leaf of the tree and tries to unlink it.
396             During unlinking, a concurrent thread may insert an item with key great than leftmost item's key.
397             So, the function returns the item with maximum key at the moment of tree traversing.
398
399             RCU \p synchronize method can be called. RCU should NOT be locked.
400             The function does not free the item.
401             The deallocator will be implicitly invoked when \p result object is destroyed or when
402             <tt>result.release()</tt> is called, see cds::urcu::exempt_ptr for explanation.
403             @note Before reusing \p result object you should call its \p release() method.
404         */
405         bool extract_max( exempt_ptr& result )
406         {
407             return base_class::extract_max_( result );
408         }
409
410         /// Extracts an item from the map
411         /** \anchor cds_nonintrusive_EllenBinTreeMap_rcu_extract
412             The function searches an item with key equal to \p key in the tree,
413             unlinks it, and returns pointer to an item found in \p result parameter.
414             If \p key is not found the function returns \p false.
415
416             RCU \p synchronize method can be called. RCU should NOT be locked.
417             The function does not destroy the item found.
418             The dealloctor will be implicitly invoked when \p result object is destroyed or when
419             <tt>result.release()</tt> is called, see cds::urcu::exempt_ptr for explanation.
420             @note Before reusing \p result object you should call its \p release() method.
421         */
422         template <typename Q>
423         bool extract( exempt_ptr& result, Q const& key )
424         {
425             return base_class::extract_( result, key, typename base_class::node_compare());
426         }
427
428         /// Extracts an item from the map using \p pred for searching
429         /**
430             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_EllenBinTreeMap_rcu_extract "extract(exempt_ptr&, Q const&)"
431             but \p pred is used for key compare.
432             \p Less has the interface like \p std::less and should meet \ref cds_container_EllenBinTreeSet_rcu_less
433             "predicate requirements".
434             \p pred must imply the same element order as the comparator used for building the map.
435         */
436         template <typename Q, typename Less>
437         bool extract_with( exempt_ptr& result,  Q const& val, Less pred )
438         {
439             return base_class::extract_with_( result, val,
440                 cds::details::predicate_wrapper< leaf_node, Less, typename maker::key_accessor >() );
441         }
442
443         /// Find the key \p key
444         /** \anchor cds_nonintrusive_EllenBinTreeMap_rcu_find_cfunc
445
446             The function searches the item with key equal to \p key and calls the functor \p f for item found.
447             The interface of \p Func functor is:
448             \code
449             struct functor {
450                 void operator()( value_type& item );
451             };
452             \endcode
453             where \p item is the item found.
454
455             You can pass \p f argument by reference using <tt>boost::ref</tt> or cds::ref.
456
457             The functor may change \p item.second.
458
459             The function applies RCU lock internally.
460
461             The function returns \p true if \p key is found, \p false otherwise.
462         */
463         template <typename K, typename Func>
464         bool find( K const& key, Func f )
465         {
466             return base_class::find( key, [&f](leaf_node& item, K const& ) { cds::unref(f)( item.m_Value );});
467         }
468
469         /// Finds the key \p val using \p pred predicate for searching
470         /**
471             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_EllenBinTreeMap_rcu_find_cfunc "find(K const&, Func)"
472             but \p pred is used for key comparing.
473             \p Less functor has the interface like \p std::less.
474             \p Less must imply the same element order as the comparator used for building the map.
475         */
476         template <typename K, typename Less, typename Func>
477         bool find_with( K const& key, Less pred, Func f )
478         {
479             return base_class::find_with( key, cds::details::predicate_wrapper< leaf_node, Less, typename maker::key_accessor >(),
480                 [&f](leaf_node& item, K const& ) { cds::unref(f)( item.m_Value );});
481         }
482
483         /// Find the key \p key
484         /** \anchor cds_nonintrusive_EllenBinTreeMap_rcu_find_val
485
486             The function searches the item with key equal to \p key
487             and returns \p true if it is found, and \p false otherwise.
488
489             The function applies RCU lock internally.
490         */
491         template <typename K>
492         bool find( K const& key )
493         {
494             return base_class::find( key );
495         }
496
497         /// Finds the key \p val using \p pred predicate for searching
498         /**
499             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_EllenBinTreeMap_rcu_find_val "find(K const&)"
500             but \p pred is used for key comparing.
501             \p Less functor has the interface like \p std::less.
502             \p Less must imply the same element order as the comparator used for building the map.
503         */
504         template <typename K, typename Less>
505         bool find_with( K const& key, Less pred )
506         {
507             return base_class::find_with( key, cds::details::predicate_wrapper< leaf_node, Less, typename maker::key_accessor >() );
508         }
509
510         /// Finds \p key and return the item found
511         /** \anchor cds_nonintrusive_EllenBinTreeMap_rcu_get
512             The function searches the item with key equal to \p key and returns the pointer to item found.
513             If \p key is not found it returns \p nullptr.
514
515             RCU should be locked before call the function.
516             Returned pointer is valid while RCU is locked.
517         */
518         template <typename Q>
519         value_type * get( Q const& key ) const
520         {
521             leaf_node * pNode = base_class::get( key );
522             return pNode ? &pNode->m_Value : nullptr;
523         }
524
525         /// Finds \p key with \p pred predicate and return the item found
526         /**
527             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_EllenBinTreeMap_rcu_get "get(Q const&)"
528             but \p pred is used for comparing the keys.
529
530             \p Less functor has the semantics like \p std::less but should take arguments of type \ref value_type
531             and \p Q in any order.
532             \p pred must imply the same element order as the comparator used for building the map.
533         */
534         template <typename Q, typename Less>
535         value_type * get_with( Q const& key, Less pred ) const
536         {
537             leaf_node * pNode = base_class::get_with( key,
538                 cds::details::predicate_wrapper< leaf_node, Less, typename maker::key_accessor >());
539             return pNode ? &pNode->m_Value : nullptr;
540         }
541
542         /// Clears the map
543         void clear()
544         {
545             base_class::clear();
546         }
547
548         /// Checks if the map is empty
549         /**
550             Emptiness is checked by item counting: if item count is zero then the map is empty.
551         */
552         bool empty() const
553         {
554             return base_class::empty();
555         }
556
557         /// Returns item count in the map
558         size_t size() const
559         {
560             return base_class::size();
561         }
562
563         /// Returns const reference to internal statistics
564         stat const& statistics() const
565         {
566             return base_class::statistics();
567         }
568
569         /// Checks internal consistency (not atomic, not thread-safe)
570         /**
571             The debugging function to check internal consistency of the tree.
572         */
573         bool check_consistency() const
574         {
575             return base_class::check_consistency();
576         }
577
578     };
579 }} // namespace cds::container
580
581 #endif //#ifndef __CDS_CONTAINER_ELLEN_BINTREE_MAP_RCU_H