Remove unused vars
[libcds.git] / cds / container / skip_list_map_rcu.h
1 //$$CDS-header$$
2
3 #ifndef __CDS_CONTAINER_SKIP_LIST_MAP_RCU_H
4 #define __CDS_CONTAINER_SKIP_LIST_MAP_RCU_H
5
6 #include <cds/container/details/skip_list_base.h>
7 #include <cds/intrusive/skip_list_rcu.h>
8 #include <cds/container/details/make_skip_list_map.h>
9
10 namespace cds { namespace container {
11
12     /// Lock-free skip-list map (template specialization for \ref cds_urcu_desc "RCU")
13     /** @ingroup cds_nonintrusive_map
14         \anchor cds_nonintrusive_SkipListMap_rcu
15
16         The implementation of well-known probabilistic data structure called skip-list
17         invented by W.Pugh in his papers:
18             - [1989] W.Pugh Skip Lists: A Probabilistic Alternative to Balanced Trees
19             - [1990] W.Pugh A Skip List Cookbook
20
21         A skip-list is a probabilistic data structure that provides expected logarithmic
22         time search without the need of rebalance. The skip-list is a collection of sorted
23         linked list. Nodes are ordered by key. Each node is linked into a subset of the lists.
24         Each list has a level, ranging from 0 to 32. The bottom-level list contains
25         all the nodes, and each higher-level list is a sublist of the lower-level lists.
26         Each node is created with a random top level (with a random height), and belongs
27         to all lists up to that level. The probability that a node has the height 1 is 1/2.
28         The probability that a node has the height N is 1/2 ** N (more precisely,
29         the distribution depends on an random generator provided, but our generators
30         have this property).
31
32         The lock-free variant of skip-list is implemented according to book
33             - [2008] M.Herlihy, N.Shavit "The Art of Multiprocessor Programming",
34                 chapter 14.4 "A Lock-Free Concurrent Skiplist"
35
36         Template arguments:
37         - \p RCU - one of \ref cds_urcu_gc "RCU type".
38         - \p K - type of a key to be stored in the list.
39         - \p T - type of a value to be stored in the list.
40         - \p Traits - map traits, default is \p skip_list::traits.
41             It is possible to declare option-based list with \p cds::container::skip_list::make_traits metafunction
42             instead of \p Traits template argument.
43
44         Like STL map class, \p %SkipListMap stores its key-value pair as <tt>std:pair< K const, T></tt>.
45
46         @note Before including <tt><cds/container/skip_list_map_rcu.h></tt> you should include appropriate RCU header file,
47         see \ref cds_urcu_gc "RCU type" for list of existing RCU class and corresponding header files.
48
49         <b>Iterators</b>
50
51         The class supports a forward iterator (\ref iterator and \ref const_iterator).
52         The iteration is ordered.
53         You may iterate over skip-list set items only under RCU lock.
54         Only in this case the iterator is thread-safe since
55         while RCU is locked any set's item cannot be reclaimed.
56
57         The requirement of RCU lock during iterating means that deletion of the elements (i.e. \ref erase)
58         is not possible.
59
60         @warning The iterator object cannot be passed between threads
61
62         The iterator class supports the following minimalistic interface:
63         \code
64         struct iterator {
65             // Default ctor
66             iterator();
67
68             // Copy ctor
69             iterator( iterator const& s);
70
71             value_type * operator ->() const;
72             value_type& operator *() const;
73
74             // Pre-increment
75             iterator& operator ++();
76
77             // Copy assignment
78             iterator& operator = (const iterator& src);
79
80             bool operator ==(iterator const& i ) const;
81             bool operator !=(iterator const& i ) const;
82         };
83         \endcode
84         Note, the iterator object returned by \ref end, \p cend member functions points to \p nullptr and should not be dereferenced.
85
86     */
87     template <
88         typename RCU,
89         typename Key,
90         typename T,
91 #ifdef CDS_DOXYGEN_INVOKED
92         typename Traits = skip_list::traits
93 #else
94         typename Traits
95 #endif
96     >
97     class SkipListMap< cds::urcu::gc< RCU >, Key, T, Traits >:
98 #ifdef CDS_DOXYGEN_INVOKED
99         protected intrusive::SkipListSet< cds::urcu::gc< RCU >, std::pair<Key const, T>, Traits >
100 #else
101         protected details::make_skip_list_map< cds::urcu::gc< RCU >, Key, T, Traits >::type
102 #endif
103     {
104         //@cond
105         typedef details::make_skip_list_map< cds::urcu::gc< RCU >, Key, T, Traits >    maker;
106         typedef typename maker::type base_class;
107         //@endcond
108     public:
109         typedef cds::urcu::gc< RCU > gc; ///< Garbage collector used
110         typedef Key     key_type;       ///< Key type
111         typedef T       mapped_type;    ///< Mapped type
112 #   ifdef CDS_DOXYGEN_INVOKED
113         typedef std::pair< K const, T> value_type;   ///< Value type stored in the map
114 #   else
115         typedef typename maker::value_type  value_type;
116 #   endif
117         typedef Traits  traits;   ///< Map traits
118
119         typedef typename base_class::back_off       back_off;       ///< Back-off strategy used
120         typedef typename traits::allocator          allocator_type; ///< Allocator type used for allocate/deallocate the skip-list nodes
121         typedef typename base_class::item_counter   item_counter;   ///< Item counting policy used
122         typedef typename maker::key_comparator      key_comparator; ///< key comparison functor
123         typedef typename base_class::memory_model   memory_model;   ///< Memory ordering. See cds::opt::memory_model option
124         typedef typename traits::random_level_generator random_level_generator; ///< random level generator
125         typedef typename traits::stat               stat;   ///< internal statistics type
126
127     protected:
128         //@cond
129         typedef typename maker::node_type           node_type;
130         typedef typename maker::node_allocator      node_allocator;
131
132         typedef std::unique_ptr< node_type, typename maker::node_deallocator >    scoped_node_ptr;
133         //@endcond
134
135     public:
136         typedef typename base_class::rcu_lock  rcu_lock;   ///< RCU scoped lock
137         /// Group of \p extract_xxx functions do not require external locking
138         static CDS_CONSTEXPR const bool c_bExtractLockExternal = base_class::c_bExtractLockExternal;
139
140         /// pointer to extracted node
141         using exempt_ptr = cds::urcu::exempt_ptr< gc, node_type, value_type, typename maker::intrusive_type_traits::disposer >;
142
143     protected:
144         //@cond
145         unsigned int random_level()
146         {
147             return base_class::random_level();
148         }
149
150         value_type * to_value_ptr( node_type * pNode ) const CDS_NOEXCEPT
151         {
152             return pNode ? &pNode->m_Value : nullptr;
153         }
154         //@endcond
155
156     public:
157         /// Default ctor
158         SkipListMap()
159             : base_class()
160         {}
161
162         /// Destructor destroys the set object
163         ~SkipListMap()
164         {}
165
166     public:
167         /// Iterator type
168         typedef skip_list::details::iterator< typename base_class::iterator >  iterator;
169
170         /// Const iterator type
171         typedef skip_list::details::iterator< typename base_class::const_iterator >   const_iterator;
172
173         /// Returns a forward iterator addressing the first element in a map
174         iterator begin()
175         {
176             return iterator( base_class::begin() );
177         }
178
179         /// Returns a forward const iterator addressing the first element in a map
180         const_iterator begin() const
181         {
182             return cbegin();
183         }
184         /// Returns a forward const iterator addressing the first element in a map
185         const_iterator cbegin() const
186         {
187             return const_iterator( base_class::cbegin() );
188         }
189
190         /// Returns a forward iterator that addresses the location succeeding the last element in a map.
191         iterator end()
192         {
193             return iterator( base_class::end() );
194         }
195
196         /// Returns a forward const iterator that addresses the location succeeding the last element in a map.
197         const_iterator end() const
198         {
199             return cend();
200         }
201         /// Returns a forward const iterator that addresses the location succeeding the last element in a map.
202         const_iterator cend() const
203         {
204             return const_iterator( base_class::cend() );
205         }
206
207     public:
208         /// Inserts new node with key and default value
209         /**
210             The function creates a node with \p key and default value, and then inserts the node created into the map.
211
212             Preconditions:
213             - The \p key_type should be constructible from a value of type \p K.
214                 In trivial case, \p K is equal to \p key_type.
215             - The \p mapped_type should be default-constructible.
216
217             RCU \p synchronize method can be called. RCU should not be locked.
218
219             Returns \p true if inserting successful, \p false otherwise.
220         */
221         template <typename K>
222         bool insert( K const& key )
223         {
224             return insert_key( key, [](value_type&){} );
225         }
226
227         /// Inserts new node
228         /**
229             The function creates a node with copy of \p val value
230             and then inserts the node created into the map.
231
232             Preconditions:
233             - The \p key_type should be constructible from \p key of type \p K.
234             - The \p value_type should be constructible from \p val of type \p V.
235
236             RCU \p synchronize method can be called. RCU should not be locked.
237
238             Returns \p true if \p val is inserted into the set, \p false otherwise.
239         */
240         template <typename K, typename V>
241         bool insert( K const& key, V const& val )
242         {
243             scoped_node_ptr pNode( node_allocator().New( random_level(), key, val ));
244             if ( base_class::insert( *pNode ))
245             {
246                 pNode.release();
247                 return true;
248             }
249             return false;
250         }
251
252         /// Inserts new node and initialize it by a functor
253         /**
254             This function inserts new node with key \p key and if inserting is successful then it calls
255             \p func functor with signature
256             \code
257                 struct functor {
258                     void operator()( value_type& item );
259                 };
260             \endcode
261
262             The argument \p item of user-defined functor \p func is the reference
263             to the map's item inserted:
264                 - <tt>item.first</tt> is a const reference to item's key that cannot be changed.
265                 - <tt>item.second</tt> is a reference to item's value that may be changed.
266
267             The function allows to split creating of new item into three part:
268             - create item from \p key;
269             - insert new item into the map;
270             - if inserting is successful, initialize the value of item by calling \p func functor
271
272             This can be useful if complete initialization of object of \p value_type is heavyweight and
273             it is preferable that the initialization should be completed only if inserting is successful.
274
275             RCU \p synchronize method can be called. RCU should not be locked.
276         */
277         template <typename K, typename Func>
278         bool insert_key( const K& key, Func func )
279         {
280             scoped_node_ptr pNode( node_allocator().New( random_level(), key ));
281             if ( base_class::insert( *pNode, [&func]( node_type& item ) { func( item.m_Value ); } )) {
282                 pNode.release();
283                 return true;
284             }
285             return false;
286         }
287
288         /// For key \p key inserts data of type \p value_type created in-place from \p args
289         /**
290             Returns \p true if inserting successful, \p false otherwise.
291
292             RCU \p synchronize() method can be called. RCU should not be locked.
293         */
294         template <typename K, typename... Args>
295         bool emplace( K&& key, Args&&... args )
296         {
297             scoped_node_ptr pNode( node_allocator().New( random_level(), std::forward<K>(key), std::forward<Args>(args)... ));
298             if ( base_class::insert( *pNode )) {
299                 pNode.release();
300                 return true;
301             }
302             return false;
303         }
304
305         /// Ensures that the \p key exists in the map
306         /**
307             The operation performs inserting or changing data with lock-free manner.
308
309             If the \p key not found in the map, then the new item created from \p key
310             is inserted into the map (note that in this case the \ref key_type should be
311             constructible from type \p K).
312             Otherwise, the functor \p func is called with item found.
313             The functor \p Func interface is:
314             \code
315                 struct my_functor {
316                     void operator()( bool bNew, value_type& item );
317                 };
318             \endcode
319             with arguments:
320             - \p bNew - \p true if the item has been inserted, \p false otherwise
321             - \p item - item of the list
322
323             The functor may change any fields of \p item.second.
324
325             RCU \p synchronize() method can be called. RCU should not be locked.
326
327             Returns <tt> std::pair<bool, bool> </tt> where \p first is true if operation is successfull,
328             \p second is true if new item has been added or \p false if the item with \p key
329             already is in the list.
330
331             @warning See \ref cds_intrusive_item_creating "insert item troubleshooting"
332         */
333         template <typename K, typename Func>
334         std::pair<bool, bool> ensure( K const& key, Func func )
335         {
336             scoped_node_ptr pNode( node_allocator().New( random_level(), key ));
337             std::pair<bool, bool> res = base_class::ensure( *pNode,
338                 [&func](bool bNew, node_type& item, node_type const& ){ func( bNew, item.m_Value ); }
339             );
340             if ( res.first && res.second )
341                 pNode.release();
342             return res;
343         }
344
345         /// Delete \p key from the map
346         /**\anchor cds_nonintrusive_SkipListMap_rcu_erase_val
347
348             RCU \p synchronize method can be called. RCU should not be locked.
349
350             Return \p true if \p key is found and deleted, \p false otherwise
351         */
352         template <typename K>
353         bool erase( K const& key )
354         {
355             return base_class::erase(key);
356         }
357
358         /// Deletes the item from the map using \p pred predicate for searching
359         /**
360             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_SkipListMap_rcu_erase_val "erase(K const&)"
361             but \p pred is used for key comparing.
362             \p Less functor has the interface like \p std::less.
363             \p Less must imply the same element order as the comparator used for building the map.
364         */
365         template <typename K, typename Less>
366         bool erase_with( K const& key, Less pred )
367         {
368             CDS_UNUSED( pred );
369             return base_class::erase_with( key, cds::details::predicate_wrapper< node_type, Less, typename maker::key_accessor >());
370         }
371
372         /// Delete \p key from the map
373         /** \anchor cds_nonintrusive_SkipListMap_rcu_erase_func
374
375             The function searches an item with key \p key, calls \p f functor
376             and deletes the item. If \p key is not found, the functor is not called.
377
378             The functor \p Func interface:
379             \code
380             struct extractor {
381                 void operator()(value_type& item) { ... }
382             };
383             \endcode
384
385             RCU \p synchronize method can be called. RCU should not be locked.
386
387             Return \p true if key is found and deleted, \p false otherwise
388         */
389         template <typename K, typename Func>
390         bool erase( K const& key, Func f )
391         {
392             return base_class::erase( key, [&f]( node_type& node) { f( node.m_Value ); } );
393         }
394
395         /// Deletes the item from the map using \p pred predicate for searching
396         /**
397             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_SkipListMap_rcu_erase_func "erase(K const&, Func)"
398             but \p pred is used for key comparing.
399             \p Less functor has the interface like \p std::less.
400             \p Less must imply the same element order as the comparator used for building the map.
401         */
402         template <typename K, typename Less, typename Func>
403         bool erase_with( K const& key, Less pred, Func f )
404         {
405             CDS_UNUSED( pred );
406             return base_class::erase_with( key, cds::details::predicate_wrapper< node_type, Less, typename maker::key_accessor >(),
407                 [&f]( node_type& node) { f( node.m_Value ); } );
408         }
409
410         /// Extracts the item from the map with specified \p key
411         /** \anchor cds_nonintrusive_SkipListMap_rcu_extract
412             The function searches an item with key equal to \p key in the map,
413             unlinks it from the set, and returns \ref cds::urcu::exempt_ptr "exempt_ptr" pointer to the item found.
414             If the item is not found the function returns an empty \p exempt_ptr
415
416             Note the compare functor from \p Traits class' template argument
417             should accept a parameter of type \p K that can be not the same as \p key_type.
418
419             RCU \p synchronize() method can be called. RCU should NOT be locked.
420
421             The function does not free the item found.
422             The item will be implicitly freed when the returned object is destroyed or when
423             its \p release() member function is called.
424         */
425         template <typename K>
426         exempt_ptr extract( K const& key )
427         {
428             return exempt_ptr( base_class::do_extract( key ));
429         }
430
431         /// Extracts the item from the map with comparing functor \p pred
432         /**
433             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_SkipListMap_rcu_extract "extract(exempt_ptr&, K const&)"
434             but \p pred predicate is used for key comparing.
435             \p Less has the semantics like \p std::less.
436             \p pred must imply the same element order as the comparator used for building the map.
437         */
438         template <typename K, typename Less>
439         exempt_ptr extract_with( K const& key, Less pred )
440         {
441             CDS_UNUSED( pred );
442             return exempt_ptr( base_class::do_extract_with( key, cds::details::predicate_wrapper< node_type, Less, typename maker::key_accessor >()));
443         }
444
445         /// Extracts an item with minimal key from the map
446         /**
447             The function searches an item with minimal key, unlinks it, 
448             and returns \ref cds::urcu::exempt_ptr "exempt_ptr" pointer to the item.
449             If the skip-list is empty the function returns an empty \p exempt_ptr.
450
451             RCU \p synchronize method can be called. RCU should NOT be locked.
452
453             The function does not free the item found.
454             The item will be implicitly freed when the returned object is destroyed or when
455             its \p release() member function is called.
456         */
457         exempt_ptr extract_min()
458         {
459             return exempt_ptr( base_class::do_extract_min());
460         }
461
462         /// Extracts an item with maximal key from the map
463         /**
464             The function searches an item with maximal key, unlinks it from the set, 
465             and returns \ref cds::urcu::exempt_ptr "exempt_ptr" pointer to the item.
466             If the skip-list is empty the function returns an empty \p exempt_ptr.
467
468             RCU \p synchronize method can be called. RCU should NOT be locked.
469
470             The function does not free the item found.
471             The item will be implicitly freed when the returned object is destroyed or when
472             its \p release() member function is called.
473             */
474         exempt_ptr extract_max()
475         {
476             return exempt_ptr( base_class::do_extract_max());
477         }
478
479         /// Find the key \p key
480         /** \anchor cds_nonintrusive_SkipListMap_rcu_find_cfunc
481
482             The function searches the item with key equal to \p key and calls the functor \p f for item found.
483             The interface of \p Func functor is:
484             \code
485             struct functor {
486                 void operator()( value_type& item );
487             };
488             \endcode
489             where \p item is the item found.
490
491             The functor may change \p item.second.
492
493             The function applies RCU lock internally.
494
495             The function returns \p true if \p key is found, \p false otherwise.
496         */
497         template <typename K, typename Func>
498         bool find( K const& key, Func f )
499         {
500             return base_class::find( key, [&f](node_type& item, K const& ) { f( item.m_Value );});
501         }
502
503         /// Finds the key \p val using \p pred predicate for searching
504         /**
505             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_SkipListMap_rcu_find_cfunc "find(K const&, Func)"
506             but \p pred is used for key comparing.
507             \p Less functor has the interface like \p std::less.
508             \p Less must imply the same element order as the comparator used for building the map.
509         */
510         template <typename K, typename Less, typename Func>
511         bool find_with( K const& key, Less pred, Func f )
512         {
513             CDS_UNUSED( pred );
514             return base_class::find_with( key, cds::details::predicate_wrapper< node_type, Less, typename maker::key_accessor >(),
515                 [&f](node_type& item, K const& ) { f( item.m_Value );});
516         }
517
518         /// Find the key \p key
519         /** \anchor cds_nonintrusive_SkipListMap_rcu_find_val
520
521             The function searches the item with key equal to \p key
522             and returns \p true if it is found, and \p false otherwise.
523
524             The function applies RCU lock internally.
525         */
526         template <typename K>
527         bool find( K const& key )
528         {
529             return base_class::find( key );
530         }
531
532         /// Finds the key \p val using \p pred predicate for searching
533         /**
534             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_SkipListMap_rcu_find_val "find(K const&)"
535             but \p pred is used for key comparing.
536             \p Less functor has the interface like \p std::less.
537             \p Less must imply the same element order as the comparator used for building the map.
538         */
539         template <typename K, typename Less>
540         bool find_with( K const& key, Less pred )
541         {
542             CDS_UNUSED( pred );
543             return base_class::find_with( key, cds::details::predicate_wrapper< node_type, Less, typename maker::key_accessor >() );
544         }
545
546         /// Finds the key \p key and return the item found
547         /** \anchor cds_nonintrusive_SkipListMap_rcu_get
548             The function searches the item with key equal to \p key and returns the pointer to item found.
549             If \p key is not found it returns \p nullptr.
550
551             Note the compare functor in \p Traits class' template argument
552             should accept a parameter of type \p K that can be not the same as \p key_type.
553
554             RCU should be locked before call of this function.
555             Returned item is valid only while RCU is locked:
556             \code
557             typedef cds::container::SkipListMap< cds::urcu::gc< cds::urcu::general_buffered<> >, int, foo, my_traits > skip_list;
558             skip_list theList;
559             // ...
560             {
561                 // Lock RCU
562                 skip_list::rcu_lock lock;
563
564                 skip_list::value_type * pVal = theList.get( 5 );
565                 // Deal with pVal
566                 //...
567
568                 // Unlock RCU by rcu_lock destructor
569                 // pVal can be freed at any time after RCU unlocking
570             }
571             \endcode
572
573             After RCU unlocking the \p %force_dispose member function can be called manually,
574             see \ref force_dispose for explanation.
575         */
576         template <typename K>
577         value_type * get( K const& key )
578         {
579             return to_value_ptr( base_class::get( key ));
580         }
581
582         /// Finds the key \p key and return the item found
583         /**
584             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_SkipListMap_rcu_get "get(K const&)"
585             but \p pred is used for comparing the keys.
586
587             \p Less functor has the semantics like \p std::less but should take arguments of type \ref key_type and \p K
588             in any order.
589             \p pred must imply the same element order as the comparator used for building the map.
590         */
591         template <typename K, typename Less>
592         value_type * get_with( K const& key, Less pred )
593         {
594             CDS_UNUSED( pred );
595             return to_value_ptr( base_class::get_with( key, cds::details::predicate_wrapper< node_type, Less, typename maker::key_accessor >() ));
596         }
597
598         /// Clears the map (not atomic)
599         void clear()
600         {
601             base_class::clear();
602         }
603
604         /// Checks if the map is empty
605         /**
606             Emptiness is checked by item counting: if item count is zero then the map is empty.
607         */
608         bool empty() const
609         {
610             return base_class::empty();
611         }
612
613         /// Returns item count in the map
614         size_t size() const
615         {
616             return base_class::size();
617         }
618
619         /// Returns const reference to internal statistics
620         stat const& statistics() const
621         {
622             return base_class::statistics();
623         }
624
625         /// Clears internal list of ready-to-delete items passing them to RCU reclamation cycle
626         /** @copydetails cds_intrusive_SkipListSet_rcu_force_dispose
627         */
628         void force_dispose()
629         {
630             return base_class::force_dispose();
631         }
632     };
633 }} // namespace cds::container
634
635 #endif // #ifndef __CDS_CONTAINER_SKIP_LIST_MAP_RCU_H