Fixed doc
[libcds.git] / cds / intrusive / michael_set_nogc.h
1 /*
2     This file is a part of libcds - Concurrent Data Structures library
3
4     (C) Copyright Maxim Khizhinsky (libcds.dev@gmail.com) 2006-2016
5
6     Source code repo: http://github.com/khizmax/libcds/
7     Download: http://sourceforge.net/projects/libcds/files/
8     
9     Redistribution and use in source and binary forms, with or without
10     modification, are permitted provided that the following conditions are met:
11
12     * Redistributions of source code must retain the above copyright notice, this
13       list of conditions and the following disclaimer.
14
15     * Redistributions in binary form must reproduce the above copyright notice,
16       this list of conditions and the following disclaimer in the documentation
17       and/or other materials provided with the distribution.
18
19     THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS "AS IS"
20     AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
21     IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE
22     DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT HOLDER OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
23     FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
24     DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR
25     SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER
26     CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY,
27     OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE
28     OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.     
29 */
30
31 #ifndef CDSLIB_INTRUSIVE_MICHAEL_SET_NOGC_H
32 #define CDSLIB_INTRUSIVE_MICHAEL_SET_NOGC_H
33
34 #include <cds/intrusive/details/michael_set_base.h>
35 #include <cds/gc/nogc.h>
36 #include <cds/details/allocator.h>
37
38 namespace cds { namespace intrusive {
39
40     /// Michael's hash set (template specialization for gc::nogc)
41     /** @ingroup cds_intrusive_map
42         \anchor cds_intrusive_MichaelHashSet_nogc
43
44         This specialization is so-called append-only when no item
45         reclamation may be performed. The set does not support deleting of list item.
46
47         See \ref cds_intrusive_MichaelHashSet_hp "MichaelHashSet" for description of template parameters.
48         The template parameter \p OrderedList should be any \p cds::gc::nogc -derived ordered list, for example,
49         \ref cds_intrusive_MichaelList_nogc "append-only MichaelList".
50     */
51     template <
52         class OrderedList,
53 #ifdef CDS_DOXYGEN_INVOKED
54         class Traits = michael_set::traits
55 #else
56         class Traits
57 #endif
58     >
59     class MichaelHashSet< cds::gc::nogc, OrderedList, Traits >
60     {
61     public:
62         typedef cds::gc::nogc gc;        ///< Garbage collector
63         typedef OrderedList bucket_type; ///< Type of ordered list to be used as buckets
64         typedef Traits      traits;     ///< Set traits
65
66         typedef typename bucket_type::value_type     value_type;     ///< type of value to be stored in the set
67         typedef typename bucket_type::key_comparator key_comparator; ///< key comparing functor
68         typedef typename bucket_type::disposer       disposer;       ///< Node disposer functor
69
70         /// Hash functor for \p value_type and all its derivatives that you use
71         typedef typename cds::opt::v::hash_selector< typename traits::hash >::type hash;
72         typedef typename traits::item_counter item_counter; ///< Item counter type
73
74         /// Bucket table allocator
75         typedef cds::details::Allocator< bucket_type, typename traits::allocator > bucket_table_allocator;
76
77     protected:
78         item_counter    m_ItemCounter; ///< Item counter
79         hash            m_HashFunctor; ///< Hash functor
80         bucket_type *   m_Buckets;     ///< bucket table
81
82     private:
83         //@cond
84         const size_t    m_nHashBitmask;
85         //@endcond
86
87     protected:
88         //@cond
89         /// Calculates hash value of \p key
90         template <typename Q>
91         size_t hash_value( Q const & key ) const
92         {
93             return m_HashFunctor( key ) & m_nHashBitmask;
94         }
95
96         /// Returns the bucket (ordered list) for \p key
97         template <typename Q>
98         bucket_type&    bucket( Q const & key )
99         {
100             return m_Buckets[ hash_value( key ) ];
101         }
102         //@endcond
103
104     public:
105     ///@name Forward iterators
106     //@{
107         /// Forward iterator
108         /**
109             The forward iterator for Michael's set is based on \p OrderedList forward iterator and has some features:
110             - it has no post-increment operator
111             - it iterates items in unordered fashion
112         */
113         typedef michael_set::details::iterator< bucket_type, false >    iterator;
114
115         /// Const forward iterator
116         /**
117             For iterator's features and requirements see \ref iterator
118         */
119         typedef michael_set::details::iterator< bucket_type, true >     const_iterator;
120
121         /// Returns a forward iterator addressing the first element in a set
122         /**
123             For empty set \code begin() == end() \endcode
124         */
125         iterator begin()
126         {
127             return iterator( m_Buckets[0].begin(), m_Buckets, m_Buckets + bucket_count() );
128         }
129
130         /// Returns an iterator that addresses the location succeeding the last element in a set
131         /**
132             Do not use the value returned by <tt>end</tt> function to access any item.
133             The returned value can be used only to control reaching the end of the set.
134             For empty set \code begin() == end() \endcode
135         */
136         iterator end()
137         {
138             return iterator( m_Buckets[bucket_count() - 1].end(), m_Buckets + bucket_count() - 1, m_Buckets + bucket_count() );
139         }
140
141         /// Returns a forward const iterator addressing the first element in a set
142         const_iterator begin() const
143         {
144             return cbegin();
145         }
146         /// Returns a forward const iterator addressing the first element in a set
147         const_iterator cbegin() const
148         {
149             return const_iterator( m_Buckets[0].cbegin(), m_Buckets, m_Buckets + bucket_count() );
150         }
151
152         /// Returns an const iterator that addresses the location succeeding the last element in a set
153         const_iterator end() const
154         {
155             return cend();
156         }
157         /// Returns an const iterator that addresses the location succeeding the last element in a set
158         const_iterator cend() const
159         {
160             return const_iterator( m_Buckets[bucket_count() - 1].cend(), m_Buckets + bucket_count() - 1, m_Buckets + bucket_count() );
161         }
162     //@}
163
164     public:
165         /// Initializes hash set
166         /**
167             The Michael's hash set is an unbounded container, but its hash table is non-expandable.
168             At construction time you should pass estimated maximum item count and a load factor.
169             The load factor is average size of one bucket - a small number between 1 and 10.
170             The bucket is an ordered single-linked list, searching in the bucket has linear complexity <tt>O(nLoadFactor)</tt>.
171             The constructor defines hash table size as rounding <tt>nMaxItemCount / nLoadFactor</tt> up to nearest power of two.
172         */
173         MichaelHashSet(
174             size_t nMaxItemCount,   ///< estimation of max item count in the hash set
175             size_t nLoadFactor      ///< load factor: estimation of max number of items in the bucket
176         ) : m_nHashBitmask( michael_set::details::init_hash_bitmask( nMaxItemCount, nLoadFactor ))
177         {
178             // GC and OrderedList::gc must be the same
179             static_assert( std::is_same<gc, typename bucket_type::gc>::value, "GC and OrderedList::gc must be the same");
180
181             // atomicity::empty_item_counter is not allowed as a item counter
182             static_assert( !std::is_same<item_counter, atomicity::empty_item_counter>::value,
183                            "atomicity::empty_item_counter is not allowed as a item counter");
184
185             m_Buckets = bucket_table_allocator().NewArray( bucket_count() );
186         }
187
188         /// Clears hash set object and destroys it
189         ~MichaelHashSet()
190         {
191             clear();
192             bucket_table_allocator().Delete( m_Buckets, bucket_count() );
193         }
194
195         /// Inserts new node
196         /**
197             The function inserts \p val in the set if it does not contain
198             an item with key equal to \p val.
199
200             Returns \p true if \p val is placed into the set, \p false otherwise.
201         */
202         bool insert( value_type& val )
203         {
204             bool bRet = bucket( val ).insert( val );
205             if ( bRet )
206                 ++m_ItemCounter;
207             return bRet;
208         }
209
210         /// Updates the element
211         /**
212             The operation performs inserting or changing data with lock-free manner.
213
214             If the item \p val not found in the set, then \p val is inserted iff \p bAllowInsert is \p true.
215             Otherwise, the functor \p func is called with item found.
216             The functor signature is:
217             \code
218                 struct functor {
219                     void operator()( bool bNew, value_type& item, value_type& val );
220                 };
221             \endcode
222             with arguments:
223             - \p bNew - \p true if the item has been inserted, \p false otherwise
224             - \p item - item of the set
225             - \p val - argument \p val passed into the \p %update() function
226             If new item has been inserted (i.e. \p bNew is \p true) then \p item and \p val arguments
227             refers to the same thing.
228
229             The functor may change non-key fields of the \p item.
230
231             Returns <tt> std::pair<bool, bool> </tt> where \p first is \p true if operation is successfull,
232             \p second is \p true if new item has been added or \p false if the item with \p key
233             already is in the set.
234
235             @warning For \ref cds_intrusive_MichaelList_hp "MichaelList" as the bucket see \ref cds_intrusive_item_creating "insert item troubleshooting".
236             \ref cds_intrusive_LazyList_hp "LazyList" provides exclusive access to inserted item and does not require any node-level
237             synchronization.
238         */
239         template <typename Func>
240         std::pair<bool, bool> update( value_type& val, Func func, bool bAllowInsert = true )
241         {
242             std::pair<bool, bool> bRet = bucket( val ).update( val, func, bAllowInsert );
243             if ( bRet.second )
244                 ++m_ItemCounter;
245             return bRet;
246         }
247         //@cond
248         template <typename Func>
249         CDS_DEPRECATED("ensure() is deprecated, use update()")
250         std::pair<bool, bool> ensure( value_type& val, Func func )
251         {
252             return update( val, func, true );
253         }
254         //@endcond
255
256         /// Checks whether the set contains \p key
257         /**
258
259             The function searches the item with key equal to \p key
260             and returns the pointer to an element found or \p nullptr.
261
262             Note the hash functor specified for class \p Traits template parameter
263             should accept a parameter of type \p Q that can be not the same as \p value_type.
264         */
265         template <typename Q>
266         value_type * contains( Q const& key )
267         {
268             return bucket( key ).contains( key );
269         }
270         //@cond
271         template <typename Q>
272         CDS_DEPRECATED("use contains()")
273         value_type * find( Q const& key )
274         {
275             return contains( key );
276         }
277         //@endcond
278
279         /// Checks whether the set contains \p key using \p pred predicate for searching
280         /**
281             The function is an analog of <tt>contains( key )</tt> but \p pred is used for key comparing.
282             \p Less functor has the interface like \p std::less.
283             \p Less must imply the same element order as the comparator used for building the set.
284         */
285         template <typename Q, typename Less>
286         value_type * contains( Q const& key, Less pred )
287         {
288             return bucket( key ).contains( key, pred );
289         }
290         //@cond
291         template <typename Q, typename Less>
292         CDS_DEPRECATED("use contains()")
293         value_type * find_with( Q const& key, Less pred )
294         {
295             return contains( key, pred );
296         }
297         //@endcond
298
299         /// Finds the key \p key
300         /** \anchor cds_intrusive_MichaelHashSet_nogc_find_func
301             The function searches the item with key equal to \p key and calls the functor \p f for item found.
302             The interface of \p Func functor is:
303             \code
304             struct functor {
305                 void operator()( value_type& item, Q& key );
306             };
307             \endcode
308             where \p item is the item found, \p key is the <tt>find</tt> function argument.
309
310             The functor can change non-key fields of \p item.
311             The functor does not serialize simultaneous access to the set \p item. If such access is
312             possible you must provide your own synchronization schema on item level to exclude unsafe item modifications.
313
314             The \p key argument is non-const since it can be used as \p f functor destination i.e., the functor
315             can modify both arguments.
316
317             Note the hash functor specified for class \p Traits template parameter
318             should accept a parameter of type \p Q that can be not the same as \p value_type.
319
320             The function returns \p true if \p key is found, \p false otherwise.
321         */
322         template <typename Q, typename Func>
323         bool find( Q& key, Func f )
324         {
325             return bucket( key ).find( key, f );
326         }
327         //@cond
328         template <typename Q, typename Func>
329         bool find( Q const& key, Func f )
330         {
331             return bucket( key ).find( key, f );
332         }
333         //@endcond
334
335         /// Finds the key \p key using \p pred predicate for searching
336         /**
337             The function is an analog of \ref cds_intrusive_MichaelHashSet_nogc_find_func "find(Q&, Func)"
338             but \p pred is used for key comparing.
339             \p Less functor has the interface like \p std::less.
340             \p pred must imply the same element order as the comparator used for building the set.
341         */
342         template <typename Q, typename Less, typename Func>
343         bool find_with( Q& key, Less pred, Func f )
344         {
345             return bucket( key ).find_with( key, pred, f );
346         }
347         //@cond
348         template <typename Q, typename Less, typename Func>
349         bool find_with( Q const& key, Less pred, Func f )
350         {
351             return bucket( key ).find_with( key, pred, f );
352         }
353         //@endcond
354
355         /// Clears the set (non-atomic)
356         /**
357             The function unlink all items from the set.
358             The function is not atomic. It cleans up each bucket and then resets the item counter to zero.
359             If there are a thread that performs insertion while \p clear is working the result is undefined in general case:
360             <tt> empty() </tt> may return \p true but the set may contain item(s).
361             Therefore, \p clear may be used only for debugging purposes.
362
363             For each item the \p disposer is called after unlinking.
364         */
365         void clear()
366         {
367             for ( size_t i = 0; i < bucket_count(); ++i )
368                 m_Buckets[i].clear();
369             m_ItemCounter.reset();
370         }
371
372
373         /// Checks if the set is empty
374         /**
375             Emptiness is checked by item counting: if item count is zero then the set is empty.
376             Thus, the correct item counting feature is an important part of Michael's set implementation.
377         */
378         bool empty() const
379         {
380             return size() == 0;
381         }
382
383         /// Returns item count in the set
384         size_t size() const
385         {
386             return m_ItemCounter;
387         }
388
389         /// Returns the size of hash table
390         /**
391             Since \p %MichaelHashSet cannot dynamically extend the hash table size,
392             the value returned is an constant depending on object initialization parameters;
393             see MichaelHashSet::MichaelHashSet for explanation.
394         */
395         size_t bucket_count() const
396         {
397             return m_nHashBitmask + 1;
398         }
399
400     };
401
402 }} // namespace cds::intrusive
403
404 #endif // #ifndef CDSLIB_INTRUSIVE_MICHAEL_SET_NOGC_H
405