2e8b2b67973e121f82f7ffa7da39b5f1f3886bc2
[libcds.git] / cds / container / split_list_map.h
1 //$$CDS-header$$
2
3 #ifndef __CDS_CONTAINER_SPLIT_LIST_MAP_H
4 #define __CDS_CONTAINER_SPLIT_LIST_MAP_H
5
6 #include <cds/container/split_list_set.h>
7 #include <cds/details/binary_functor_wrapper.h>
8
9 namespace cds { namespace container {
10
11     /// Split-ordered list map
12     /** @ingroup cds_nonintrusive_map
13         \anchor cds_nonintrusive_SplitListMap_hp
14
15         Hash table implementation based on split-ordered list algorithm discovered by Ori Shalev and Nir Shavit, see
16         - [2003] Ori Shalev, Nir Shavit "Split-Ordered Lists - Lock-free Resizable Hash Tables"
17         - [2008] Nir Shavit "The Art of Multiprocessor Programming"
18
19         See intrusive::SplitListSet for a brief description of the split-list algorithm.
20
21         Template parameters:
22         - \p GC - Garbage collector used
23         - \p Key - key type of an item stored in the map. It should be copy-constructible
24         - \p Value - value type stored in the map
25         - \p Traits - type traits, default is split_list::type_traits. Instead of declaring split_list::type_traits -based
26             struct you may apply option-based notation with split_list::make_traits metafunction.
27
28         There are the specializations:
29         - for \ref cds_urcu_desc "RCU" - declared in <tt>cd/container/split_list_map_rcu.h</tt>,
30             see \ref cds_nonintrusive_SplitListMap_rcu "SplitListMap<RCU>".
31         - for \ref cds::gc::nogc declared in <tt>cds/container/split_list_map_nogc.h</tt>,
32             see \ref cds_nonintrusive_SplitListMap_nogc "SplitListMap<gc::nogc>".
33
34         \par Usage
35
36         You should decide what garbage collector you want, and what ordered list you want to use. Split-ordered list
37         is original data structure based on an ordered list. Suppose, you want construct split-list map based on gc::HP GC
38         and MichaelList as ordered list implementation. Your map should map \p int key to <tt>std::string</tt> value.
39         So, you beginning your program with following include:
40         \code
41         #include <cds/container/michael_list_hp.h>
42         #include <cds/container/split_list_map.h>
43
44         namespace cc = cds::container;
45         \endcode
46         The inclusion order is important: first, include file for ordered-list implementation (for this example, <tt>cds/container/michael_list_hp.h</tt>),
47         then the header for split-list map <tt>cds/container/split_list_map.h</tt>.
48
49         Now, you should declare traits for split-list map. The main parts of traits are a hash functor for the map key and a comparing functor for ordered list.
50         We use <tt>std::hash<int></tt> as hash functor and <tt>std::less<int></tt> predicate as comparing functor.
51
52         The second attention: instead of using \p %MichaelList in \p %SplitListMap traits we use a tag <tt>cds::contaner::michael_list_tag</tt> for the Michael's list.
53         The split-list requires significant support from underlying ordered list class and it is not good idea to dive you
54         into deep implementation details of split-list and ordered list interrelations. The tag paradigm simplifies split-list interface.
55
56         \code
57         // SplitListMap traits
58         struct foo_set_traits: public cc::split_list::type_traits
59         {
60             typedef cc::michael_list_tag   ordered_list    ;   // what type of ordered list we want to use
61             typedef std::hash<int>         hash            ;   // hash functor for the key stored in split-list map
62
63             // Type traits for our MichaelList class
64             struct ordered_list_traits: public cc::michael_list::type_traits
65             {
66             typedef std::less<int> less   ;   // use our std::less predicate as comparator to order list nodes
67             };
68         };
69         \endcode
70
71         Now you are ready to declare our map class based on SplitListMap:
72         \code
73         typedef cc::SplitListMap< cds::gc::PTB, int, std::string, foo_set_traits > int_string_map;
74         \endcode
75
76         You may use the modern option-based declaration instead of classic type-traits-based one:
77         \code
78         typedef cc:SplitListMap<
79             cs::gc::PTB             // GC used
80             ,int                    // key type
81             ,std::string            // value type
82             ,cc::split_list::make_traits<      // metafunction to build split-list traits
83                 cc::split_list::ordered_list<cc::michael_list_tag>     // tag for underlying ordered list implementation
84                 ,cc::opt::hash< std::hash<int> >        // hash functor
85                 ,cc::split_list::ordered_list_traits<    // ordered list traits desired
86                     cc::michael_list::make_traits<    // metafunction to build lazy list traits
87                         cc::opt::less< std::less<int> >         // less-based compare functor
88                     >::type
89                 >
90             >::type
91         >  int_string_map;
92         \endcode
93         In case of option-based declaration using split_list::make_traits metafunction the struct \p foo_set_traits is not required.
94
95         Now, the map of type \p int_string_map is ready to use in your program.
96
97         Note that in this example we show only mandatory type_traits parts, optional ones is the default and they are inherited
98         from cds::container::split_list::type_traits.
99         The <b>cds</b> library contains many other options for deep tuning of behavior of the split-list and
100         ordered-list containers.
101     */
102     template <
103         class GC,
104         typename Key,
105         typename Value,
106 #ifdef CDS_DOXYGEN_INVOKED
107         class Traits = split_list::type_traits
108 #else
109         class Traits
110 #endif
111     >
112     class SplitListMap:
113         protected container::SplitListSet<
114             GC,
115             std::pair<Key const, Value>,
116             split_list::details::wrap_map_traits<Key, Value, Traits>
117         >
118     {
119         //@cond
120         typedef container::SplitListSet<
121             GC,
122             std::pair<Key const, Value>,
123             split_list::details::wrap_map_traits<Key, Value, Traits>
124         >  base_class;
125         //@endcond
126
127     public:
128         typedef typename base_class::gc gc              ;   ///< Garbage collector
129         typedef Key                     key_type        ;   ///< key type
130         typedef Value                   mapped_type     ;   ///< type of value stored in the map
131         typedef Traits                  options         ;   ///< \p Traits template argument
132
133         typedef std::pair<key_type const, mapped_type>  value_type  ;   ///< key-value pair type
134         typedef typename base_class::ordered_list       ordered_list;   ///< Underlying ordered list class
135         typedef typename base_class::key_comparator     key_comparator  ;   ///< key compare functor
136
137         typedef typename base_class::hash           hash            ;   ///< Hash functor for \ref key_type
138         typedef typename base_class::item_counter   item_counter    ;   ///< Item counter type
139
140     protected:
141         //@cond
142         typedef typename base_class::maker::type_traits::key_accessor key_accessor;
143         typedef typename base_class::node_type node_type;
144
145     public:
146         /// Guarded pointer
147         typedef cds::gc::guarded_ptr< gc, node_type, value_type, details::guarded_ptr_cast_set<node_type, value_type> > guarded_ptr;
148
149
150 #   ifndef CDS_CXX11_LAMBDA_SUPPORT
151         template <typename Func>
152         class ensure_functor_wrapper: protected cds::details::functor_wrapper<Func>
153         {
154             typedef cds::details::functor_wrapper<Func> base_class;
155         public:
156             ensure_functor_wrapper() {}
157             ensure_functor_wrapper( Func f ): base_class(f) {}
158
159             template <typename Q>
160             void operator()( bool bNew, value_type& item, const Q& /*val*/ )
161             {
162                 base_class::get()( bNew, item );
163             }
164         };
165
166         template <typename Func>
167         class find_functor_wrapper: protected cds::details::functor_wrapper<Func>
168         {
169             typedef cds::details::functor_wrapper<Func> base_class;
170         public:
171             find_functor_wrapper() {}
172             find_functor_wrapper( Func f ): base_class(f) {}
173
174             template <typename Q>
175             void operator()( value_type& pair, Q const& /*val*/ )
176             {
177                 base_class::get()( pair );
178             }
179         };
180 #   endif   // ifndef CDS_CXX11_LAMBDA_SUPPORT
181         //@endcond
182
183     public:
184         /// Forward iterator (see SplitListSet::iterator)
185         /**
186             Remember, the iterator <tt>operator -> </tt> and <tt>operator *</tt> returns \ref value_type pointer and reference.
187             To access item key and value use <tt>it->first</tt> and <tt>it->second</tt> respectively.
188         */
189         typedef typename base_class::iterator iterator;
190
191         /// Const forward iterator (see SplitListSet::const_iterator)
192         typedef typename base_class::const_iterator const_iterator;
193
194         /// Returns a forward iterator addressing the first element in a map
195         /**
196             For empty map \code begin() == end() \endcode
197         */
198         iterator begin()
199         {
200             return base_class::begin();
201         }
202
203         /// Returns an iterator that addresses the location succeeding the last element in a map
204         /**
205             Do not use the value returned by <tt>end</tt> function to access any item.
206             The returned value can be used only to control reaching the end of the map.
207             For empty map \code begin() == end() \endcode
208         */
209         iterator end()
210         {
211             return base_class::end();
212         }
213
214         /// Returns a forward const iterator addressing the first element in a map
215         //@{
216         const_iterator begin() const
217         {
218             return base_class::begin();
219         }
220         const_iterator cbegin()
221         {
222             return base_class::cbegin();
223         }
224         //@}
225
226         /// Returns an const iterator that addresses the location succeeding the last element in a map
227         //@{
228         const_iterator end() const
229         {
230             return base_class::end();
231         }
232         const_iterator cend()
233         {
234             return base_class::cend();
235         }
236         //@}
237
238     public:
239         /// Initializes split-ordered map of default capacity
240         /**
241             The default capacity is defined in bucket table constructor.
242             See intrusive::split_list::expandable_bucket_table, intrusive::split_list::static_bucket_table
243             which selects by intrusive::split_list::dynamic_bucket_table option.
244         */
245         SplitListMap()
246             : base_class()
247         {}
248
249         /// Initializes split-ordered map
250         SplitListMap(
251             size_t nItemCount           ///< estimate average item count
252             , size_t nLoadFactor = 1    ///< load factor - average item count per bucket. Small integer up to 10, default is 1.
253             )
254             : base_class( nItemCount, nLoadFactor )
255         {}
256
257     public:
258         /// Inserts new node with key and default value
259         /**
260             The function creates a node with \p key and default value, and then inserts the node created into the map.
261
262             Preconditions:
263             - The \ref key_type should be constructible from value of type \p K.
264                 In trivial case, \p K is equal to \ref key_type.
265             - The \ref mapped_type should be default-constructible.
266
267             Returns \p true if inserting successful, \p false otherwise.
268         */
269         template <typename K>
270         bool insert( K const& key )
271         {
272             //TODO: pass arguments by reference (make_pair makes copy)
273             return base_class::insert( std::make_pair( key, mapped_type() ) );
274         }
275
276         /// Inserts new node
277         /**
278             The function creates a node with copy of \p val value
279             and then inserts the node created into the map.
280
281             Preconditions:
282             - The \ref key_type should be constructible from \p key of type \p K.
283             - The \ref mapped_type should be constructible from \p val of type \p V.
284
285             Returns \p true if \p val is inserted into the map, \p false otherwise.
286         */
287         template <typename K, typename V>
288         bool insert( K const& key, V const& val )
289         {
290             //TODO: pass arguments by reference (make_pair makes copy)
291             return base_class::insert( std::make_pair(key, val) );
292         }
293
294         /// Inserts new node and initialize it by a functor
295         /**
296             This function inserts new node with key \p key and if inserting is successful then it calls
297             \p func functor with signature
298             \code
299                 struct functor {
300                     void operator()( value_type& item );
301                 };
302             \endcode
303
304             The argument \p item of user-defined functor \p func is the reference
305             to the map's item inserted:
306                 - <tt>item.first</tt> is a const reference to item's key that cannot be changed.
307                 - <tt>item.second</tt> is a reference to item's value that may be changed.
308
309             It should be keep in mind that concurrent modifications of \p <tt>item.second</tt> may be possible.
310             User-defined functor \p func should guarantee that during changing item's value no any other changes
311             could be made on this \p item by concurrent threads.
312
313             The user-defined functor can be passed by reference using <tt>boost::ref</tt>
314             and it is called only if inserting is successful.
315
316             The key_type should be constructible from value of type \p K.
317
318             The function allows to split creating of new item into two part:
319             - create item from \p key;
320             - insert new item into the map;
321             - if inserting is successful, initialize the value of item by calling \p func functor
322
323             This can be useful if complete initialization of object of \p mapped_type is heavyweight and
324             it is preferable that the initialization should be completed only if inserting is successful.
325         */
326         template <typename K, typename Func>
327         bool insert_key( K const& key, Func func )
328         {
329             //TODO: pass arguments by reference (make_pair makes copy)
330             return base_class::insert( std::make_pair( key, mapped_type() ), func );
331         }
332
333         /// For key \p key inserts data of type \ref mapped_type constructed with <tt>std::forward<Args>(args)...</tt>
334         /**
335             \p key_type should be constructible from type \p K
336
337             Returns \p true if inserting successful, \p false otherwise.
338         */
339         template <typename K, typename... Args>
340         bool emplace( K&& key, Args&&... args )
341         {
342             return base_class::emplace( std::forward<K>(key), std::move(mapped_type(std::forward<Args>(args)...)));
343         }
344
345         /// Ensures that the \p key exists in the map
346         /**
347             The operation performs inserting or changing data with lock-free manner.
348
349             If the \p key not found in the map, then the new item created from \p key
350             is inserted into the map (note that in this case the \ref key_type should be
351             constructible from type \p K).
352             Otherwise, the functor \p func is called with item found.
353             The functor \p Func may be a function with signature:
354             \code
355                 void func( bool bNew, value_type& item );
356             \endcode
357             or a functor:
358             \code
359                 struct my_functor {
360                     void operator()( bool bNew, value_type& item );
361                 };
362             \endcode
363
364             with arguments:
365             - \p bNew - \p true if the item has been inserted, \p false otherwise
366             - \p item - item of the list
367
368             The functor may change any fields of the \p item.second that is \ref mapped_type;
369             however, \p func must guarantee that during changing no any other modifications
370             could be made on this item by concurrent threads.
371
372             You may pass \p func argument by reference using <tt>boost::ref</tt>.
373
374             Returns <tt> std::pair<bool, bool> </tt> where \p first is true if operation is successfull,
375             \p second is true if new item has been added or \p false if the item with \p key
376             already is in the list.
377         */
378         template <typename K, typename Func>
379         std::pair<bool, bool> ensure( K const& key, Func func )
380         {
381             //TODO: pass arguments by reference (make_pair makes copy)
382 #   ifdef CDS_CXX11_LAMBDA_SUPPORT
383             return base_class::ensure( std::make_pair( key, mapped_type() ),
384                 [&func](bool bNew, value_type& item, value_type const& /*val*/) {
385                     cds::unref(func)( bNew, item );
386                 } );
387 #   else
388             ensure_functor_wrapper<Func> fw( func );
389             return base_class::ensure( std::make_pair( key, mapped_type() ), cds::ref(fw) );
390 #   endif
391         }
392
393         /// Deletes \p key from the map
394         /** \anchor cds_nonintrusive_SplitListMap_erase_val
395
396             Return \p true if \p key is found and deleted, \p false otherwise
397         */
398         template <typename K>
399         bool erase( K const& key )
400         {
401             return base_class::erase( key );
402         }
403
404         /// Deletes the item from the map using \p pred predicate for searching
405         /**
406             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_SplitListMap_erase_val "erase(K const&)"
407             but \p pred is used for key comparing.
408             \p Less functor has the interface like \p std::less.
409             \p Less must imply the same element order as the comparator used for building the map.
410         */
411         template <typename K, typename Less>
412         bool erase_with( K const& key, Less pred )
413         {
414             return base_class::erase_with( key, cds::details::predicate_wrapper<value_type, Less, key_accessor>() );
415         }
416
417         /// Deletes \p key from the map
418         /** \anchor cds_nonintrusive_SplitListMap_erase_func
419
420             The function searches an item with key \p key, calls \p f functor
421             and deletes the item. If \p key is not found, the functor is not called.
422
423             The functor \p Func interface is:
424             \code
425             struct extractor {
426                 void operator()(value_type& item) { ... }
427             };
428             \endcode
429             The functor may be passed by reference using <tt>boost:ref</tt>
430
431             Return \p true if key is found and deleted, \p false otherwise
432         */
433         template <typename K, typename Func>
434         bool erase( K const& key, Func f )
435         {
436             return base_class::erase( key, f );
437         }
438
439         /// Deletes the item from the map using \p pred predicate for searching
440         /**
441             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_SplitListMap_erase_func "erase(K const&, Func)"
442             but \p pred is used for key comparing.
443             \p Less functor has the interface like \p std::less.
444             \p Less must imply the same element order as the comparator used for building the map.
445         */
446         template <typename K, typename Less, typename Func>
447         bool erase_with( K const& key, Less pred, Func f )
448         {
449             return base_class::erase_with( key, cds::details::predicate_wrapper<value_type, Less, key_accessor>(), f );
450         }
451
452         /// Extracts the item with specified \p key
453         /** \anchor cds_nonintrusive_SplitListMap_hp_extract
454             The function searches an item with key equal to \p key,
455             unlinks it from the map, and returns it in \p dest parameter.
456             If the item with key equal to \p key is not found the function returns \p false.
457
458             Note the compare functor should accept a parameter of type \p K that may be not the same as \p value_type.
459
460             The extracted item is freed automatically when returned \ref guarded_ptr object will be destroyed or released.
461             @note Each \p guarded_ptr object uses the GC's guard that can be limited resource.
462
463             Usage:
464             \code
465             typedef cds::container::SplitListMap< your_template_args > splitlist_map;
466             splitlist_map theMap;
467             // ...
468             {
469                 splitlist_map::guarded_ptr gp;
470                 theMap.extract( gp, 5 );
471                 // Deal with gp
472                 // ...
473
474                 // Destructor of gp releases internal HP guard
475             }
476             \endcode
477         */
478         template <typename K>
479         bool extract( guarded_ptr& dest, K const& key )
480         {
481             return base_class::extract_( dest.guard(), key );
482         }
483
484         /// Extracts the item using compare functor \p pred
485         /**
486             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_SplitListMap_hp_extract "extract(guarded_ptr&, K const&)"
487             but \p pred predicate is used for key comparing.
488
489             \p Less functor has the semantics like \p std::less but should take arguments of type \ref value_type and \p K
490             in any order.
491             \p pred must imply the same element order as the comparator used for building the map.
492         */
493         template <typename K, typename Less>
494         bool extract_with( guarded_ptr& dest, K const& key, Less pred )
495         {
496             return base_class::extract_with_( dest.guard(), key, cds::details::predicate_wrapper<value_type, Less, key_accessor>() );
497         }
498
499         /// Finds the key \p key
500         /** \anchor cds_nonintrusive_SplitListMap_find_cfunc
501
502             The function searches the item with key equal to \p key and calls the functor \p f for item found.
503             The interface of \p Func functor is:
504             \code
505             struct functor {
506                 void operator()( value_type& item );
507             };
508             \endcode
509             where \p item is the item found.
510
511             You may pass \p f argument by reference using <tt>boost::ref</tt> or cds::ref.
512
513             The functor may change \p item.second. Note that the functor is only guarantee
514             that \p item cannot be disposed during functor is executing.
515             The functor does not serialize simultaneous access to the map's \p item. If such access is
516             possible you must provide your own synchronization schema on item level to exclude unsafe item modifications.
517
518             The function returns \p true if \p key is found, \p false otherwise.
519         */
520         template <typename K, typename Func>
521         bool find( K const& key, Func f )
522         {
523 #   ifdef CDS_CXX11_LAMBDA_SUPPORT
524             return base_class::find( key, [&f](value_type& pair, K const&){ cds::unref(f)( pair ); } );
525 #   else
526             find_functor_wrapper<Func> fw(f);
527             return base_class::find( key, cds::ref(fw) );
528 #   endif
529         }
530
531         /// Finds the key \p val using \p pred predicate for searching
532         /**
533             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_SplitListMap_find_cfunc "find(K const&, Func)"
534             but \p pred is used for key comparing.
535             \p Less functor has the interface like \p std::less.
536             \p Less must imply the same element order as the comparator used for building the map.
537         */
538         template <typename K, typename Less, typename Func>
539         bool find_with( K const& key, Less pred, Func f )
540         {
541 #   ifdef CDS_CXX11_LAMBDA_SUPPORT
542             return base_class::find_with( key,
543                 cds::details::predicate_wrapper<value_type, Less, key_accessor>(),
544                 [&f](value_type& pair, K const&){ cds::unref(f)( pair ); } );
545 #   else
546             find_functor_wrapper<Func> fw(f);
547             return base_class::find_with( key, cds::details::predicate_wrapper<value_type, Less, key_accessor>(), cds::ref(fw) );
548 #   endif
549         }
550
551         /// Finds the key \p key
552         /** \anchor cds_nonintrusive_SplitListMap_find_val
553
554             The function searches the item with key equal to \p key
555             and returns \p true if it is found, and \p false otherwise.
556         */
557         template <typename K>
558         bool find( K const& key )
559         {
560             return base_class::find( key );
561         }
562
563         /// Finds the key \p val using \p pred predicate for searching
564         /**
565             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_SplitListMap_find_val "find(K const&)"
566             but \p pred is used for key comparing.
567             \p Less functor has the interface like \p std::less.
568             \p Less must imply the same element order as the comparator used for building the map.
569         */
570         template <typename K, typename Less>
571         bool find_with( K const& key, Less pred )
572         {
573             return base_class::find( key, cds::details::predicate_wrapper<value_type, Less, key_accessor>() );
574         }
575
576         /// Finds \p key and return the item found
577         /** \anchor cds_nonintrusive_SplitListMap_hp_get
578             The function searches the item with key equal to \p key
579             and assigns the item found to guarded pointer \p ptr.
580             The function returns \p true if \p key is found, and \p false otherwise.
581             If \p key is not found the \p ptr parameter is not changed.
582
583             @note Each \p guarded_ptr object uses one GC's guard which can be limited resource.
584
585             Usage:
586             \code
587             typedef cds::container::SplitListMap< your_template_params >  splitlist_map;
588             splitlist_map theMap;
589             // ...
590             {
591                 splitlist_map::guarded_ptr gp;
592                 if ( theMap.get( gp, 5 )) {
593                     // Deal with gp
594                     //...
595                 }
596                 // Destructor of guarded_ptr releases internal HP guard
597             }
598             \endcode
599
600             Note the compare functor specified for split-list map
601             should accept a parameter of type \p K that can be not the same as \p value_type.
602         */
603         template <typename K>
604         bool get( guarded_ptr& ptr, K const& key )
605         {
606             return base_class::get_( ptr.guard(), key );
607         }
608
609         /// Finds \p key and return the item found
610         /**
611             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_SplitListMap_hp_get "get( guarded_ptr&, K const&)"
612             but \p pred is used for comparing the keys.
613
614             \p Less functor has the semantics like \p std::less but should take arguments of type \ref value_type and \p K
615             in any order.
616             \p pred must imply the same element order as the comparator used for building the map.
617         */
618         template <typename K, typename Less>
619         bool get_with( guarded_ptr& ptr, K const& key, Less pred )
620         {
621             return base_class::get_with_( ptr.guard(), key, cds::details::predicate_wrapper<value_type, Less, key_accessor>() );
622         }
623
624         /// Clears the map (non-atomic)
625         /**
626             The function unlink all items from the map.
627             The function is not atomic and not lock-free and should be used for debugging only.
628         */
629         void clear()
630         {
631             base_class::clear();
632         }
633
634         /// Checks if the map is empty
635         /**
636             Emptiness is checked by item counting: if item count is zero then the map is empty.
637             Thus, the correct item counting is an important part of the map implementation.
638         */
639         bool empty() const
640         {
641             return base_class::empty();
642         }
643
644         /// Returns item count in the map
645         size_t size() const
646         {
647             return base_class::size();
648         }
649     };
650
651
652 }} // namespace cds::container
653
654 #endif // #ifndef __CDS_CONTAINER_SPLIT_LIST_MAP_H