Merge branch 'integration' into dev
[libcds.git] / cds / container / split_list_map.h
1 //$$CDS-header$$
2
3 #ifndef CDSLIB_CONTAINER_SPLIT_LIST_MAP_H
4 #define CDSLIB_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 - map traits, default is \p split_list::traits. Instead of declaring \p %split_list::traits -based
26             struct you may apply option-based notation with \p 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 \p gc::HP GC
38         and \p MichaelList as ordered list implementation. Your map should map \p int key to \p std::string 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 and a comparing functor for the 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 \p cds::contaner::michael_list_tag 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::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::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 \p %SplitListMap:
72         \code
73         typedef cc::SplitListMap< cds::gc::DHP, 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::DHP             // 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 with \p 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 \p traits parts, optional ones is the default and they are inherited
98         from \p container::split_list::traits. There are many other options for deep tuning of the split-list and
99         ordered-list containers.
100     */
101     template <
102         class GC,
103         typename Key,
104         typename Value,
105 #ifdef CDS_DOXYGEN_INVOKED
106         class Traits = split_list::traits
107 #else
108         class Traits
109 #endif
110     >
111     class SplitListMap:
112         protected container::SplitListSet<
113             GC,
114             std::pair<Key const, Value>,
115             split_list::details::wrap_map_traits<Key, Value, Traits>
116         >
117     {
118         //@cond
119         typedef container::SplitListSet<
120             GC,
121             std::pair<Key const, Value>,
122             split_list::details::wrap_map_traits<Key, Value, Traits>
123         >  base_class;
124         //@endcond
125
126     public:
127         typedef GC     gc;          ///< Garbage collector
128         typedef Key    key_type;    ///< key type
129         typedef Value  mapped_type; ///< type of value to be stored in the map
130         typedef Traits options;     ///< Map traits
131
132         typedef std::pair<key_type const, mapped_type>  value_type  ;   ///< key-value pair type
133         typedef typename base_class::ordered_list       ordered_list;   ///< Underlying ordered list class
134         typedef typename base_class::key_comparator     key_comparator; ///< key compare functor
135
136         typedef typename base_class::hash           hash;         ///< Hash functor for \ref key_type
137         typedef typename base_class::item_counter   item_counter; ///< Item counter type
138         typedef typename base_class::stat           stat;         ///< Internal statistics
139
140         //@cond
141         typedef cds::container::split_list::implementation_tag implementation_tag;
142         //@endcond
143
144     protected:
145         //@cond
146         typedef typename base_class::maker::traits::key_accessor key_accessor;
147         typedef typename base_class::node_type node_type;
148         //@endcond
149
150     public:
151         /// Guarded pointer
152         typedef typename gc::template guarded_ptr< node_type, value_type, details::guarded_ptr_cast_set<node_type, value_type> > guarded_ptr;
153
154     public:
155         /// Forward iterator (see \p SplitListSet::iterator)
156         /**
157             Remember, the iterator <tt>operator -> </tt> and <tt>operator *</tt> returns \ref value_type pointer and reference.
158             To access item key and value use <tt>it->first</tt> and <tt>it->second</tt> respectively.
159         */
160         typedef typename base_class::iterator iterator;
161
162         /// Const forward iterator (see SplitListSet::const_iterator)
163         typedef typename base_class::const_iterator const_iterator;
164
165         /// Returns a forward iterator addressing the first element in a map
166         /**
167             For empty map \code begin() == end() \endcode
168         */
169         iterator begin()
170         {
171             return base_class::begin();
172         }
173
174         /// Returns an iterator that addresses the location succeeding the last element in a map
175         /**
176             Do not use the value returned by <tt>end</tt> function to access any item.
177             The returned value can be used only to control reaching the end of the map.
178             For empty map \code begin() == end() \endcode
179         */
180         iterator end()
181         {
182             return base_class::end();
183         }
184
185         /// Returns a forward const iterator addressing the first element in a map
186         //@{
187         const_iterator begin() const
188         {
189             return base_class::begin();
190         }
191         const_iterator cbegin() const
192         {
193             return base_class::cbegin();
194         }
195         //@}
196
197         /// Returns an const iterator that addresses the location succeeding the last element in a map
198         //@{
199         const_iterator end() const
200         {
201             return base_class::end();
202         }
203         const_iterator cend() const
204         {
205             return base_class::cend();
206         }
207         //@}
208
209     public:
210         /// Initializes split-ordered map of default capacity
211         /**
212             The default capacity is defined in bucket table constructor.
213             See \p intrusive::split_list::expandable_bucket_table, \p intrusive::split_list::static_bucket_table
214             which selects by \p intrusive::split_list::traits::dynamic_bucket_table.
215         */
216         SplitListMap()
217             : base_class()
218         {}
219
220         /// Initializes split-ordered map
221         SplitListMap(
222             size_t nItemCount           ///< estimated average item count
223             , size_t nLoadFactor = 1    ///< load factor - average item count per bucket. Small integer up to 10, default is 1.
224             )
225             : base_class( nItemCount, nLoadFactor )
226         {}
227
228     public:
229         /// Inserts new node with key and default value
230         /**
231             The function creates a node with \p key and default value, and then inserts the node created into the map.
232
233             Preconditions:
234             - The \ref key_type should be constructible from value of type \p K.
235                 In trivial case, \p K is equal to \ref key_type.
236             - The \ref mapped_type should be default-constructible.
237
238             Returns \p true if inserting successful, \p false otherwise.
239         */
240         template <typename K>
241         bool insert( K const& key )
242         {
243             //TODO: pass arguments by reference (make_pair makes copy)
244             return base_class::insert( std::make_pair( key, mapped_type() ) );
245         }
246
247         /// Inserts new node
248         /**
249             The function creates a node with copy of \p val value
250             and then inserts the node created into the map.
251
252             Preconditions:
253             - The \ref key_type should be constructible from \p key of type \p K.
254             - The \ref mapped_type should be constructible from \p val of type \p V.
255
256             Returns \p true if \p val is inserted into the map, \p false otherwise.
257         */
258         template <typename K, typename V>
259         bool insert( K const& key, V const& val )
260         {
261             //TODO: pass arguments by reference (make_pair makes copy)
262             return base_class::insert( std::make_pair(key, val) );
263         }
264
265         /// Inserts new node and initialize it by a functor
266         /**
267             This function inserts new node with key \p key and if inserting is successful then it calls
268             \p func functor with signature
269             \code
270                 struct functor {
271                     void operator()( value_type& item );
272                 };
273             \endcode
274
275             The argument \p item of user-defined functor \p func is the reference
276             to the map's item inserted:
277                 - <tt>item.first</tt> is a const reference to item's key that cannot be changed.
278                 - <tt>item.second</tt> is a reference to item's value that may be changed.
279
280             It should be keep in mind that concurrent modifications of \p <tt>item.second</tt> may be possible.
281
282             The key_type should be constructible from value of type \p K.
283
284             The function allows to split creating of new item into two part:
285             - create item from \p key;
286             - insert new item into the map;
287             - if inserting is successful, initialize the value of item by calling \p func functor
288
289             This can be useful if complete initialization of object of \p mapped_type is heavyweight and
290             it is preferable that the initialization should be completed only if inserting is successful.
291
292             @warning For \ref cds_nonintrusive_MichaelKVList_gc "MichaelKVList" as the bucket see \ref cds_intrusive_item_creating "insert item troubleshooting".
293             \ref cds_nonintrusive_LazyKVList_gc "LazyKVList" provides exclusive access to inserted item and does not require any node-level
294             synchronization.
295         */
296         template <typename K, typename Func>
297         bool insert_with( K const& key, Func func )
298         {
299             //TODO: pass arguments by reference (make_pair makes copy)
300             return base_class::insert( std::make_pair( key, mapped_type() ), func );
301         }
302
303         /// For key \p key inserts data of type \p mapped_type created from \p args
304         /**
305             \p key_type should be constructible from type \p K
306
307             Returns \p true if inserting successful, \p false otherwise.
308         */
309         template <typename K, typename... Args>
310         bool emplace( K&& key, Args&&... args )
311         {
312             return base_class::emplace( std::forward<K>(key), std::move(mapped_type(std::forward<Args>(args)...)));
313         }
314
315         /// Ensures that the \p key exists in the map
316         /**
317             The operation performs inserting or changing data with lock-free manner.
318
319             If the \p key not found in the map, then the new item created from \p key
320             is inserted into the map (note that in this case the \ref key_type should be
321             constructible from type \p K).
322             Otherwise, the functor \p func is called with item found.
323             The functor \p Func may be a function with signature:
324             \code
325                 void func( bool bNew, value_type& item );
326             \endcode
327             or a functor:
328             \code
329                 struct my_functor {
330                     void operator()( bool bNew, value_type& item );
331                 };
332             \endcode
333
334             with arguments:
335             - \p bNew - \p true if the item has been inserted, \p false otherwise
336             - \p item - item of the list
337
338             Returns <tt> std::pair<bool, bool> </tt> where \p first is true if operation is successfull,
339             \p second is true if new item has been added or \p false if the item with \p key
340             already is in the list.
341
342             @warning For \ref cds_nonintrusive_MichaelKVList_gc "MichaelKVList" as the ordered list see \ref cds_intrusive_item_creating "insert item troubleshooting".
343             \ref cds_nonintrusive_LazyKVList_gc "LazyKVList" provides exclusive access to inserted item and does not require any node-level
344             synchronization.
345         */
346         template <typename K, typename Func>
347         std::pair<bool, bool> ensure( K const& key, Func func )
348         {
349             //TODO: pass arguments by reference (make_pair makes copy)
350             return base_class::ensure( std::make_pair( key, mapped_type() ),
351                 [&func](bool bNew, value_type& item, value_type const& /*val*/) {
352                     func( bNew, item );
353                 } );
354         }
355
356         /// Deletes \p key from the map
357         /** \anchor cds_nonintrusive_SplitListMap_erase_val
358
359             Return \p true if \p key is found and deleted, \p false otherwise
360         */
361         template <typename K>
362         bool erase( K const& key )
363         {
364             return base_class::erase( key );
365         }
366
367         /// Deletes the item from the map using \p pred predicate for searching
368         /**
369             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_SplitListMap_erase_val "erase(K const&)"
370             but \p pred is used for key comparing.
371             \p Less functor has the interface like \p std::less.
372             \p Less must imply the same element order as the comparator used for building the map.
373         */
374         template <typename K, typename Less>
375         bool erase_with( K const& key, Less pred )
376         {
377             CDS_UNUSED( pred );
378             return base_class::erase_with( key, cds::details::predicate_wrapper<value_type, Less, key_accessor>() );
379         }
380
381         /// Deletes \p key from the map
382         /** \anchor cds_nonintrusive_SplitListMap_erase_func
383
384             The function searches an item with key \p key, calls \p f functor
385             and deletes the item. If \p key is not found, the functor is not called.
386
387             The functor \p Func interface is:
388             \code
389             struct extractor {
390                 void operator()(value_type& item) { ... }
391             };
392             \endcode
393
394             Return \p true if key is found and deleted, \p false otherwise
395         */
396         template <typename K, typename Func>
397         bool erase( K const& key, Func f )
398         {
399             return base_class::erase( key, f );
400         }
401
402         /// Deletes the item from the map using \p pred predicate for searching
403         /**
404             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_SplitListMap_erase_func "erase(K const&, Func)"
405             but \p pred is used for key comparing.
406             \p Less functor has the interface like \p std::less.
407             \p Less must imply the same element order as the comparator used for building the map.
408         */
409         template <typename K, typename Less, typename Func>
410         bool erase_with( K const& key, Less pred, Func f )
411         {
412             CDS_UNUSED( pred );
413             return base_class::erase_with( key, cds::details::predicate_wrapper<value_type, Less, key_accessor>(), f );
414         }
415
416         /// Extracts the item with specified \p key
417         /** \anchor cds_nonintrusive_SplitListMap_hp_extract
418             The function searches an item with key equal to \p key,
419             unlinks it from the map, and returns it as \p guarded_ptr.
420             If \p key is not found the function returns an empty guarded pointer.
421
422             Note the compare functor should accept a parameter of type \p K that may be not the same as \p value_type.
423
424             The extracted item is freed automatically when returned \p guarded_ptr object will be destroyed or released.
425             @note Each \p guarded_ptr object uses the GC's guard that can be limited resource.
426
427             Usage:
428             \code
429             typedef cds::container::SplitListMap< your_template_args > splitlist_map;
430             splitlist_map theMap;
431             // ...
432             {
433                 splitlist_map::guarded_ptr gp(theMap.extract( 5 ));
434                 if ( gp ) {
435                     // Deal with gp
436                     // ...
437                 }
438                 // Destructor of gp releases internal HP guard
439             }
440             \endcode
441         */
442         template <typename K>
443         guarded_ptr extract( K const& key )
444         {
445             guarded_ptr gp;
446             base_class::extract_( gp.guard(), key );
447             return gp;
448         }
449
450         /// Extracts the item using compare functor \p pred
451         /**
452             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_SplitListMap_hp_extract "extract(K const&)"
453             but \p pred predicate is used for key comparing.
454
455             \p Less functor has the semantics like \p std::less but should take arguments of type \ref value_type and \p K
456             in any order.
457             \p pred must imply the same element order as the comparator used for building the map.
458         */
459         template <typename K, typename Less>
460         guarded_ptr extract_with( K const& key, Less pred )
461         {
462             CDS_UNUSED( pred );
463             guarded_ptr gp;
464             base_class::extract_with_( gp.guard(), key, cds::details::predicate_wrapper<value_type, Less, key_accessor>() );
465             return gp;
466         }
467
468         /// Finds the key \p key
469         /** \anchor cds_nonintrusive_SplitListMap_find_cfunc
470
471             The function searches the item with key equal to \p key and calls the functor \p f for item found.
472             The interface of \p Func functor is:
473             \code
474             struct functor {
475                 void operator()( value_type& item );
476             };
477             \endcode
478             where \p item is the item found.
479
480             The functor may change \p item.second. Note that the functor is only guarantee
481             that \p item cannot be disposed during functor is executing.
482             The functor does not serialize simultaneous access to the map's \p item. If such access is
483             possible you must provide your own synchronization schema on item level to exclude unsafe item modifications.
484
485             The function returns \p true if \p key is found, \p false otherwise.
486         */
487         template <typename K, typename Func>
488         bool find( K const& key, Func f )
489         {
490             return base_class::find( key, [&f](value_type& pair, K const&){ f( pair ); } );
491         }
492
493         /// Finds the key \p val using \p pred predicate for searching
494         /**
495             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_SplitListMap_find_cfunc "find(K const&, Func)"
496             but \p pred is used for key comparing.
497             \p Less functor has the interface like \p std::less.
498             \p Less must imply the same element order as the comparator used for building the map.
499         */
500         template <typename K, typename Less, typename Func>
501         bool find_with( K const& key, Less pred, Func f )
502         {
503             CDS_UNUSED( pred );
504             return base_class::find_with( key,
505                 cds::details::predicate_wrapper<value_type, Less, key_accessor>(),
506                 [&f](value_type& pair, K const&){ f( pair ); } );
507         }
508
509         /// Finds the key \p key
510         /** \anchor cds_nonintrusive_SplitListMap_find_val
511
512             The function searches the item with key equal to \p key
513             and returns \p true if it is found, and \p false otherwise.
514         */
515         template <typename K>
516         bool find( K const& key )
517         {
518             return base_class::find( key );
519         }
520
521         /// Finds the key \p val using \p pred predicate for searching
522         /**
523             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_SplitListMap_find_val "find(K const&)"
524             but \p pred is used for key comparing.
525             \p Less functor has the interface like \p std::less.
526             \p Less must imply the same element order as the comparator used for building the map.
527         */
528         template <typename K, typename Less>
529         bool find_with( K const& key, Less pred )
530         {
531             CDS_UNUSED( pred );
532             return base_class::find( key, cds::details::predicate_wrapper<value_type, Less, key_accessor>() );
533         }
534
535         /// Finds \p key and return the item found
536         /** \anchor cds_nonintrusive_SplitListMap_hp_get
537             The function searches the item with key equal to \p key
538             and returns the item found as a guarded pointer.
539             If \p key is not found the function returns an empty guarded pointer.
540
541             @note Each \p guarded_ptr object uses one GC's guard which can be limited resource.
542
543             Usage:
544             \code
545             typedef cds::container::SplitListMap< your_template_params >  splitlist_map;
546             splitlist_map theMap;
547             // ...
548             {
549                 splitlist_map::guarded_ptr gp(theMap.get( 5 ));
550                 if ( gp ) {
551                     // Deal with gp
552                     //...
553                 }
554                 // Destructor of guarded_ptr releases internal HP guard
555             }
556             \endcode
557
558             Note the compare functor specified for split-list map
559             should accept a parameter of type \p K that can be not the same as \p value_type.
560         */
561         template <typename K>
562         guarded_ptr get( K const& key )
563         {
564             guarded_ptr gp;
565             base_class::get_( gp.guard(), key );
566             return gp;
567         }
568
569         /// Finds \p key and return the item found
570         /**
571             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_SplitListMap_hp_get "get( K const&)"
572             but \p pred is used for comparing the keys.
573
574             \p Less functor has the semantics like \p std::less but should take arguments of type \ref value_type and \p K
575             in any order.
576             \p pred must imply the same element order as the comparator used for building the map.
577         */
578         template <typename K, typename Less>
579         guarded_ptr get_with( K const& key, Less pred )
580         {
581             CDS_UNUSED( pred );
582             guarded_ptr gp;
583             base_class::get_with_( gp.guard(), key, cds::details::predicate_wrapper<value_type, Less, key_accessor>() );
584             return gp;
585         }
586
587         /// Clears the map (not atomic)
588         void clear()
589         {
590             base_class::clear();
591         }
592
593         /// Checks if the map is empty
594         /**
595             Emptiness is checked by item counting: if item count is zero then the map is empty.
596             Thus, the correct item counting is an important part of the map implementation.
597         */
598         bool empty() const
599         {
600             return base_class::empty();
601         }
602
603         /// Returns item count in the map
604         size_t size() const
605         {
606             return base_class::size();
607         }
608
609         /// Returns internal statistics
610         stat const& statistics() const
611         {
612             return base_class::statistics();
613         }
614     };
615
616
617 }} // namespace cds::container
618
619 #endif // #ifndef CDSLIB_CONTAINER_SPLIT_LIST_MAP_H