Replace cds::ref/boost::ref with std::ref, remove cds::unref and cds/ref.h header
[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         //@endcond
145
146     public:
147         /// Guarded pointer
148         typedef cds::gc::guarded_ptr< gc, node_type, value_type, details::guarded_ptr_cast_set<node_type, value_type> > guarded_ptr;
149
150     public:
151         /// Forward iterator (see SplitListSet::iterator)
152         /**
153             Remember, the iterator <tt>operator -> </tt> and <tt>operator *</tt> returns \ref value_type pointer and reference.
154             To access item key and value use <tt>it->first</tt> and <tt>it->second</tt> respectively.
155         */
156         typedef typename base_class::iterator iterator;
157
158         /// Const forward iterator (see SplitListSet::const_iterator)
159         typedef typename base_class::const_iterator const_iterator;
160
161         /// Returns a forward iterator addressing the first element in a map
162         /**
163             For empty map \code begin() == end() \endcode
164         */
165         iterator begin()
166         {
167             return base_class::begin();
168         }
169
170         /// Returns an iterator that addresses the location succeeding the last element in a map
171         /**
172             Do not use the value returned by <tt>end</tt> function to access any item.
173             The returned value can be used only to control reaching the end of the map.
174             For empty map \code begin() == end() \endcode
175         */
176         iterator end()
177         {
178             return base_class::end();
179         }
180
181         /// Returns a forward const iterator addressing the first element in a map
182         //@{
183         const_iterator begin() const
184         {
185             return base_class::begin();
186         }
187         const_iterator cbegin()
188         {
189             return base_class::cbegin();
190         }
191         //@}
192
193         /// Returns an const iterator that addresses the location succeeding the last element in a map
194         //@{
195         const_iterator end() const
196         {
197             return base_class::end();
198         }
199         const_iterator cend()
200         {
201             return base_class::cend();
202         }
203         //@}
204
205     public:
206         /// Initializes split-ordered map of default capacity
207         /**
208             The default capacity is defined in bucket table constructor.
209             See intrusive::split_list::expandable_bucket_table, intrusive::split_list::static_bucket_table
210             which selects by intrusive::split_list::dynamic_bucket_table option.
211         */
212         SplitListMap()
213             : base_class()
214         {}
215
216         /// Initializes split-ordered map
217         SplitListMap(
218             size_t nItemCount           ///< estimate average item count
219             , size_t nLoadFactor = 1    ///< load factor - average item count per bucket. Small integer up to 10, default is 1.
220             )
221             : base_class( nItemCount, nLoadFactor )
222         {}
223
224     public:
225         /// Inserts new node with key and default value
226         /**
227             The function creates a node with \p key and default value, and then inserts the node created into the map.
228
229             Preconditions:
230             - The \ref key_type should be constructible from value of type \p K.
231                 In trivial case, \p K is equal to \ref key_type.
232             - The \ref mapped_type should be default-constructible.
233
234             Returns \p true if inserting successful, \p false otherwise.
235         */
236         template <typename K>
237         bool insert( K const& key )
238         {
239             //TODO: pass arguments by reference (make_pair makes copy)
240             return base_class::insert( std::make_pair( key, mapped_type() ) );
241         }
242
243         /// Inserts new node
244         /**
245             The function creates a node with copy of \p val value
246             and then inserts the node created into the map.
247
248             Preconditions:
249             - The \ref key_type should be constructible from \p key of type \p K.
250             - The \ref mapped_type should be constructible from \p val of type \p V.
251
252             Returns \p true if \p val is inserted into the map, \p false otherwise.
253         */
254         template <typename K, typename V>
255         bool insert( K const& key, V const& val )
256         {
257             //TODO: pass arguments by reference (make_pair makes copy)
258             return base_class::insert( std::make_pair(key, val) );
259         }
260
261         /// Inserts new node and initialize it by a functor
262         /**
263             This function inserts new node with key \p key and if inserting is successful then it calls
264             \p func functor with signature
265             \code
266                 struct functor {
267                     void operator()( value_type& item );
268                 };
269             \endcode
270
271             The argument \p item of user-defined functor \p func is the reference
272             to the map's item inserted:
273                 - <tt>item.first</tt> is a const reference to item's key that cannot be changed.
274                 - <tt>item.second</tt> is a reference to item's value that may be changed.
275
276             It should be keep in mind that concurrent modifications of \p <tt>item.second</tt> may be possible.
277             User-defined functor \p func should guarantee that during changing item's value no any other changes
278             could be made on this \p item by concurrent threads.
279
280             The user-defined functor can be passed by reference using \p std::ref
281             and it is called only if inserting is successful.
282
283             The key_type should be constructible from value of type \p K.
284
285             The function allows to split creating of new item into two part:
286             - create item from \p key;
287             - insert new item into the map;
288             - if inserting is successful, initialize the value of item by calling \p func functor
289
290             This can be useful if complete initialization of object of \p mapped_type is heavyweight and
291             it is preferable that the initialization should be completed only if inserting is successful.
292         */
293         template <typename K, typename Func>
294         bool insert_key( K const& key, Func func )
295         {
296             //TODO: pass arguments by reference (make_pair makes copy)
297             return base_class::insert( std::make_pair( key, mapped_type() ), func );
298         }
299
300         /// For key \p key inserts data of type \ref mapped_type constructed with <tt>std::forward<Args>(args)...</tt>
301         /**
302             \p key_type should be constructible from type \p K
303
304             Returns \p true if inserting successful, \p false otherwise.
305         */
306         template <typename K, typename... Args>
307         bool emplace( K&& key, Args&&... args )
308         {
309             return base_class::emplace( std::forward<K>(key), std::move(mapped_type(std::forward<Args>(args)...)));
310         }
311
312         /// Ensures that the \p key exists in the map
313         /**
314             The operation performs inserting or changing data with lock-free manner.
315
316             If the \p key not found in the map, then the new item created from \p key
317             is inserted into the map (note that in this case the \ref key_type should be
318             constructible from type \p K).
319             Otherwise, the functor \p func is called with item found.
320             The functor \p Func may be a function with signature:
321             \code
322                 void func( bool bNew, value_type& item );
323             \endcode
324             or a functor:
325             \code
326                 struct my_functor {
327                     void operator()( bool bNew, value_type& item );
328                 };
329             \endcode
330
331             with arguments:
332             - \p bNew - \p true if the item has been inserted, \p false otherwise
333             - \p item - item of the list
334
335             The functor may change any fields of the \p item.second that is \ref mapped_type;
336             however, \p func must guarantee that during changing no any other modifications
337             could be made on this item by concurrent threads.
338
339             You may pass \p func argument by reference using \p std::ref
340
341             Returns <tt> std::pair<bool, bool> </tt> where \p first is true if operation is successfull,
342             \p second is true if new item has been added or \p false if the item with \p key
343             already is in the list.
344         */
345         template <typename K, typename Func>
346         std::pair<bool, bool> ensure( K const& key, Func func )
347         {
348             //TODO: pass arguments by reference (make_pair makes copy)
349             return base_class::ensure( std::make_pair( key, mapped_type() ),
350                 [&func](bool bNew, value_type& item, value_type const& /*val*/) {
351                     func( bNew, item );
352                 } );
353         }
354
355         /// Deletes \p key from the map
356         /** \anchor cds_nonintrusive_SplitListMap_erase_val
357
358             Return \p true if \p key is found and deleted, \p false otherwise
359         */
360         template <typename K>
361         bool erase( K const& key )
362         {
363             return base_class::erase( key );
364         }
365
366         /// Deletes the item from the map using \p pred predicate for searching
367         /**
368             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_SplitListMap_erase_val "erase(K const&)"
369             but \p pred is used for key comparing.
370             \p Less functor has the interface like \p std::less.
371             \p Less must imply the same element order as the comparator used for building the map.
372         */
373         template <typename K, typename Less>
374         bool erase_with( K const& key, Less pred )
375         {
376             return base_class::erase_with( key, cds::details::predicate_wrapper<value_type, Less, key_accessor>() );
377         }
378
379         /// Deletes \p key from the map
380         /** \anchor cds_nonintrusive_SplitListMap_erase_func
381
382             The function searches an item with key \p key, calls \p f functor
383             and deletes the item. If \p key is not found, the functor is not called.
384
385             The functor \p Func interface is:
386             \code
387             struct extractor {
388                 void operator()(value_type& item) { ... }
389             };
390             \endcode
391             The functor may be passed by reference using <tt>boost:ref</tt>
392
393             Return \p true if key is found and deleted, \p false otherwise
394         */
395         template <typename K, typename Func>
396         bool erase( K const& key, Func f )
397         {
398             return base_class::erase( key, f );
399         }
400
401         /// Deletes the item from the map using \p pred predicate for searching
402         /**
403             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_SplitListMap_erase_func "erase(K const&, Func)"
404             but \p pred is used for key comparing.
405             \p Less functor has the interface like \p std::less.
406             \p Less must imply the same element order as the comparator used for building the map.
407         */
408         template <typename K, typename Less, typename Func>
409         bool erase_with( K const& key, Less pred, Func f )
410         {
411             return base_class::erase_with( key, cds::details::predicate_wrapper<value_type, Less, key_accessor>(), f );
412         }
413
414         /// Extracts the item with specified \p key
415         /** \anchor cds_nonintrusive_SplitListMap_hp_extract
416             The function searches an item with key equal to \p key,
417             unlinks it from the map, and returns it in \p dest parameter.
418             If the item with key equal to \p key is not found the function returns \p false.
419
420             Note the compare functor should accept a parameter of type \p K that may be not the same as \p value_type.
421
422             The extracted item is freed automatically when returned \ref guarded_ptr object will be destroyed or released.
423             @note Each \p guarded_ptr object uses the GC's guard that can be limited resource.
424
425             Usage:
426             \code
427             typedef cds::container::SplitListMap< your_template_args > splitlist_map;
428             splitlist_map theMap;
429             // ...
430             {
431                 splitlist_map::guarded_ptr gp;
432                 theMap.extract( gp, 5 );
433                 // Deal with gp
434                 // ...
435
436                 // Destructor of gp releases internal HP guard
437             }
438             \endcode
439         */
440         template <typename K>
441         bool extract( guarded_ptr& dest, K const& key )
442         {
443             return base_class::extract_( dest.guard(), key );
444         }
445
446         /// Extracts the item using compare functor \p pred
447         /**
448             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_SplitListMap_hp_extract "extract(guarded_ptr&, K const&)"
449             but \p pred predicate is used for key comparing.
450
451             \p Less functor has the semantics like \p std::less but should take arguments of type \ref value_type and \p K
452             in any order.
453             \p pred must imply the same element order as the comparator used for building the map.
454         */
455         template <typename K, typename Less>
456         bool extract_with( guarded_ptr& dest, K const& key, Less pred )
457         {
458             return base_class::extract_with_( dest.guard(), key, cds::details::predicate_wrapper<value_type, Less, key_accessor>() );
459         }
460
461         /// Finds the key \p key
462         /** \anchor cds_nonintrusive_SplitListMap_find_cfunc
463
464             The function searches the item with key equal to \p key and calls the functor \p f for item found.
465             The interface of \p Func functor is:
466             \code
467             struct functor {
468                 void operator()( value_type& item );
469             };
470             \endcode
471             where \p item is the item found.
472
473             You may pass \p f argument by reference using \p std::ref.
474
475             The functor may change \p item.second. Note that the functor is only guarantee
476             that \p item cannot be disposed during functor is executing.
477             The functor does not serialize simultaneous access to the map's \p item. If such access is
478             possible you must provide your own synchronization schema on item level to exclude unsafe item modifications.
479
480             The function returns \p true if \p key is found, \p false otherwise.
481         */
482         template <typename K, typename Func>
483         bool find( K const& key, Func f )
484         {
485             return base_class::find( key, [&f](value_type& pair, K const&){ f( pair ); } );
486         }
487
488         /// Finds the key \p val using \p pred predicate for searching
489         /**
490             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_SplitListMap_find_cfunc "find(K const&, Func)"
491             but \p pred is used for key comparing.
492             \p Less functor has the interface like \p std::less.
493             \p Less must imply the same element order as the comparator used for building the map.
494         */
495         template <typename K, typename Less, typename Func>
496         bool find_with( K const& key, Less pred, Func f )
497         {
498             return base_class::find_with( key,
499                 cds::details::predicate_wrapper<value_type, Less, key_accessor>(),
500                 [&f](value_type& pair, K const&){ f( pair ); } );
501         }
502
503         /// Finds the key \p key
504         /** \anchor cds_nonintrusive_SplitListMap_find_val
505
506             The function searches the item with key equal to \p key
507             and returns \p true if it is found, and \p false otherwise.
508         */
509         template <typename K>
510         bool find( K const& key )
511         {
512             return base_class::find( key );
513         }
514
515         /// Finds the key \p val using \p pred predicate for searching
516         /**
517             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_SplitListMap_find_val "find(K const&)"
518             but \p pred is used for key comparing.
519             \p Less functor has the interface like \p std::less.
520             \p Less must imply the same element order as the comparator used for building the map.
521         */
522         template <typename K, typename Less>
523         bool find_with( K const& key, Less pred )
524         {
525             return base_class::find( key, cds::details::predicate_wrapper<value_type, Less, key_accessor>() );
526         }
527
528         /// Finds \p key and return the item found
529         /** \anchor cds_nonintrusive_SplitListMap_hp_get
530             The function searches the item with key equal to \p key
531             and assigns the item found to guarded pointer \p ptr.
532             The function returns \p true if \p key is found, and \p false otherwise.
533             If \p key is not found the \p ptr parameter is not changed.
534
535             @note Each \p guarded_ptr object uses one GC's guard which can be limited resource.
536
537             Usage:
538             \code
539             typedef cds::container::SplitListMap< your_template_params >  splitlist_map;
540             splitlist_map theMap;
541             // ...
542             {
543                 splitlist_map::guarded_ptr gp;
544                 if ( theMap.get( gp, 5 )) {
545                     // Deal with gp
546                     //...
547                 }
548                 // Destructor of guarded_ptr releases internal HP guard
549             }
550             \endcode
551
552             Note the compare functor specified for split-list map
553             should accept a parameter of type \p K that can be not the same as \p value_type.
554         */
555         template <typename K>
556         bool get( guarded_ptr& ptr, K const& key )
557         {
558             return base_class::get_( ptr.guard(), key );
559         }
560
561         /// Finds \p key and return the item found
562         /**
563             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_SplitListMap_hp_get "get( guarded_ptr&, K const&)"
564             but \p pred is used for comparing the keys.
565
566             \p Less functor has the semantics like \p std::less but should take arguments of type \ref value_type and \p K
567             in any order.
568             \p pred must imply the same element order as the comparator used for building the map.
569         */
570         template <typename K, typename Less>
571         bool get_with( guarded_ptr& ptr, K const& key, Less pred )
572         {
573             return base_class::get_with_( ptr.guard(), key, cds::details::predicate_wrapper<value_type, Less, key_accessor>() );
574         }
575
576         /// Clears the map (non-atomic)
577         /**
578             The function unlink all items from the map.
579             The function is not atomic and not lock-free and should be used for debugging only.
580         */
581         void clear()
582         {
583             base_class::clear();
584         }
585
586         /// Checks if the map is empty
587         /**
588             Emptiness is checked by item counting: if item count is zero then the map is empty.
589             Thus, the correct item counting is an important part of the map implementation.
590         */
591         bool empty() const
592         {
593             return base_class::empty();
594         }
595
596         /// Returns item count in the map
597         size_t size() const
598         {
599             return base_class::size();
600         }
601     };
602
603
604 }} // namespace cds::container
605
606 #endif // #ifndef __CDS_CONTAINER_SPLIT_LIST_MAP_H