Adds sequential barrier driver
[libcds.git] / cds / container / michael_map_nogc.h
index a85dd62ddf65f2c364b507e23c7331fd2d590cf9..610eef33901a96f15683d7c8f86f2db061c543fa 100644 (file)
@@ -1,4 +1,32 @@
-//$$CDS-header$$
+/*
+    This file is a part of libcds - Concurrent Data Structures library
+
+    (C) Copyright Maxim Khizhinsky (libcds.dev@gmail.com) 2006-2017
+
+    Source code repo: http://github.com/khizmax/libcds/
+    Download: http://sourceforge.net/projects/libcds/files/
+
+    Redistribution and use in source and binary forms, with or without
+    modification, are permitted provided that the following conditions are met:
+
+    * Redistributions of source code must retain the above copyright notice, this
+      list of conditions and the following disclaimer.
+
+    * Redistributions in binary form must reproduce the above copyright notice,
+      this list of conditions and the following disclaimer in the documentation
+      and/or other materials provided with the distribution.
+
+    THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS "AS IS"
+    AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
+    IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE
+    DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT HOLDER OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
+    FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
+    DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR
+    SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER
+    CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY,
+    OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE
+    OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
+*/
 
 #ifndef CDSLIB_CONTAINER_MICHAEL_MAP_NOGC_H
 #define CDSLIB_CONTAINER_MICHAEL_MAP_NOGC_H
@@ -16,7 +44,7 @@ namespace cds { namespace container {
         This specialization is so-called append-only when no item
         reclamation may be performed. The class does not support deleting of map item.
 
-        See \ref cds_nonintrusive_MichaelHashMap_hp "MichaelHashMap" for description of template parameters.
+        See @ref cds_nonintrusive_MichaelHashMap_hp "MichaelHashMap" for description of template parameters.
     */
     template <
         class OrderedList,
@@ -30,83 +58,69 @@ namespace cds { namespace container {
     {
     public:
         typedef cds::gc::nogc gc;        ///< No garbage collector
-        typedef OrderedList bucket_type; ///< type of ordered list used as a bucket implementation
+        typedef OrderedList ordered_list; ///< type of ordered list used as a bucket implementation
         typedef Traits      traits;      ///< Map traits
 
-        typedef typename bucket_type::key_type    key_type;    ///< key type
-        typedef typename bucket_type::mapped_type mapped_type; ///< type of value to be stored in the map
-        typedef typename bucket_type::value_type  value_type;  ///< Pair used as the some functor's argument
+        typedef typename ordered_list::key_type    key_type;    ///< key type
+        typedef typename ordered_list::mapped_type mapped_type; ///< type of value to be stored in the map
+        typedef typename ordered_list::value_type  value_type;  ///< Pair used as the some functor's argument
 
-        typedef typename bucket_type::key_comparator key_comparator;   ///< key comparing functor
+        typedef typename ordered_list::key_comparator key_comparator;   ///< key comparing functor
 
         /// Hash functor for \ref key_type and all its derivatives that you use
         typedef typename cds::opt::v::hash_selector< typename traits::hash >::type hash;
-        typedef typename traits::item_counter item_counter;   ///< Item counter type
+        typedef typename traits::item_counter item_counter; ///< Item counter type
+        typedef typename traits::allocator    allocator;    ///< Bucket table allocator
 
-        /// Bucket table allocator
-        typedef cds::details::Allocator< bucket_type, typename traits::allocator >  bucket_table_allocator;
+#ifdef CDS_DOXYGEN_INVOKED
+        typedef typename ordered_list::stat   stat; ///< Internal statistics
+#endif
 
-        //@cond
-        typedef cds::container::michael_map::implementation_tag implementation_tag;
-        //@endcond
+        // GC and OrderedList::gc must be the same
+        static_assert(std::is_same<gc, typename ordered_list::gc>::value, "GC and OrderedList::gc must be the same");
 
     protected:
         //@cond
-        typedef typename bucket_type::iterator       bucket_iterator;
-        typedef typename bucket_type::const_iterator bucket_const_iterator;
-        //@endcond
+        typedef typename ordered_list::template select_stat_wrapper< typename ordered_list::stat > bucket_stat;
 
-    protected:
-        item_counter    m_ItemCounter; ///< Item counter
-        hash            m_HashFunctor; ///< Hash functor
-        bucket_type *   m_Buckets;     ///< bucket table
+        typedef typename ordered_list::template rebind_traits<
+            cds::opt::item_counter< cds::atomicity::empty_item_counter >
+            , cds::opt::stat< typename bucket_stat::wrapped_stat >
+        >::type internal_bucket_type;
 
-    private:
+        /// Bucket table allocator
+        typedef typename allocator::template rebind< internal_bucket_type >::other bucket_table_allocator;
+
+        typedef typename internal_bucket_type::iterator        bucket_iterator;
+        typedef typename internal_bucket_type::const_iterator  bucket_const_iterator;
+        //@endcond
+
+    public:
         //@cond
-        const size_t    m_nHashBitmask;
+        typedef typename bucket_stat::stat stat;
         //@endcond
 
     protected:
         //@cond
-        /// Calculates hash value of \p key
-        size_t hash_value( key_type const & key ) const
-        {
-            return m_HashFunctor( key ) & m_nHashBitmask;
-        }
-
-        /// Returns the bucket (ordered list) for \p key
-        bucket_type&    bucket( key_type const& key )
-        {
-            return m_Buckets[ hash_value( key ) ];
-        }
+        const size_t    m_nHashBitmask;
+        hash            m_HashFunctor;      ///< Hash functor
+        internal_bucket_type*   m_Buckets;  ///< bucket table
+        item_counter    m_ItemCounter;      ///< Item counter
+        stat            m_Stat;             ///< Internal statistics
         //@endcond
 
     protected:
-        /// Forward iterator
-        /**
-            \p IsConst - constness boolean flag
-
-            The forward iterator for Michael's map is based on \p OrderedList forward iterator and has some features:
-            - it has no post-increment operator, only pre-increment
-            - it iterates items in unordered fashion
-        */
+        //@cond
         template <bool IsConst>
-        class iterator_type: private cds::intrusive::michael_set::details::iterator< bucket_type, IsConst >
+        class iterator_type: private cds::intrusive::michael_set::details::iterator< internal_bucket_type, IsConst >
         {
-            //@cond
-            typedef cds::intrusive::michael_set::details::iterator< bucket_type, IsConst >  base_class;
+            typedef cds::intrusive::michael_set::details::iterator< internal_bucket_type, IsConst >  base_class;
             friend class MichaelHashMap;
-            //@endcond
 
         protected:
-            //@cond
-            //typedef typename base_class::bucket_type    bucket_type;
             typedef typename base_class::bucket_ptr     bucket_ptr;
             typedef typename base_class::list_iterator  list_iterator;
 
-            //typedef typename bucket_type::key_type      key_type;
-            //@endcond
-
         public:
             /// Value pointer type (const for const_iterator)
             typedef typename cds::details::make_const_type<typename MichaelHashMap::mapped_type, IsConst>::pointer   value_ptr;
@@ -119,11 +133,9 @@ namespace cds { namespace container {
             typedef typename cds::details::make_const_type<typename MichaelHashMap::value_type, IsConst>::reference pair_ref;
 
         protected:
-            //@cond
             iterator_type( list_iterator const& it, bucket_ptr pFirst, bucket_ptr pLast )
                 : base_class( it, pFirst, pLast )
             {}
-            //@endcond
 
         public:
             /// Default ctor
@@ -183,10 +195,45 @@ namespace cds { namespace container {
                 return !( *this == i );
             }
         };
-
+        //@endcond
 
     public:
+    ///@name Forward iterators
+    //@{
         /// Forward iterator
+        /**
+            The forward iterator for Michael's map is based on \p OrderedList forward iterator and has some features:
+            - it has no post-increment operator
+            - it iterates items in unordered fashion
+
+            The iterator interface:
+            \code
+            class iterator {
+            public:
+                // Default constructor
+                iterator();
+
+                // Copy construtor
+                iterator( iterator const& src );
+
+                // Dereference operator
+                value_type * operator ->() const;
+
+                // Dereference operator
+                value_type& operator *() const;
+
+                // Preincrement operator
+                iterator& operator ++();
+
+                // Assignment operator
+                iterator& operator = (iterator const& src);
+
+                // Equality operators
+                bool operator ==(iterator const& i ) const;
+                bool operator !=(iterator const& i ) const;
+            };
+            \endcode
+        */
         typedef iterator_type< false >    iterator;
 
         /// Const forward iterator
@@ -198,7 +245,7 @@ namespace cds { namespace container {
         */
         iterator begin()
         {
-            return iterator( m_Buckets[0].begin(), m_Buckets, m_Buckets + bucket_count() );
+            return iterator( m_Buckets[0].begin(), m_Buckets, m_Buckets + bucket_count());
         }
 
         /// Returns an iterator that addresses the location succeeding the last element in a set
@@ -209,69 +256,62 @@ namespace cds { namespace container {
         */
         iterator end()
         {
-            return iterator( m_Buckets[bucket_count() - 1].end(), m_Buckets + bucket_count() - 1, m_Buckets + bucket_count() );
+            return iterator( m_Buckets[bucket_count() - 1].end(), m_Buckets + bucket_count() - 1, m_Buckets + bucket_count());
         }
 
         /// Returns a forward const iterator addressing the first element in a set
-        //@{
         const_iterator begin() const
         {
             return get_const_begin();
         }
+
+        /// Returns a forward const iterator addressing the first element in a set
         const_iterator cbegin() const
         {
             return get_const_begin();
         }
-        //@}
 
         /// Returns an const iterator that addresses the location succeeding the last element in a set
-        //@{
         const_iterator end() const
         {
             return get_const_end();
         }
+
+        /// Returns an const iterator that addresses the location succeeding the last element in a set
         const_iterator cend() const
         {
             return get_const_end();
         }
-        //@}
-
-    private:
-        //@cond
-        const_iterator get_const_begin() const
-        {
-            return const_iterator( const_cast<bucket_type const&>(m_Buckets[0]).begin(), m_Buckets, m_Buckets + bucket_count() );
-        }
-        const_iterator get_const_end() const
-        {
-            return const_iterator( const_cast<bucket_type const&>(m_Buckets[bucket_count() - 1]).end(), m_Buckets + bucket_count() - 1, m_Buckets + bucket_count() );
-        }
-        //@endcond
+    //@}
 
     public:
         /// Initialize the map
-        /** @copydetails cds_nonintrusive_MichaelHashMap_hp_ctor
+        /**
+            The Michael's hash map is non-expandable container. You should point the average count of items \p nMaxItemCount
+            when you create an object.
+            \p nLoadFactor parameter defines average count of items per bucket and it should be small number between 1 and 10.
+            Remember, since the bucket implementation is an ordered list, searching in the bucket is linear [<tt>O(nLoadFactor)</tt>].
+            Note, that many popular STL hash map implementation uses load factor 1.
+
+            The ctor defines hash table size as rounding <tt>nMacItemCount / nLoadFactor</tt> up to nearest power of two.
         */
         MichaelHashMap(
             size_t nMaxItemCount,   ///< estimation of max item count in the hash set
             size_t nLoadFactor      ///< load factor: estimation of max number of items in the bucket
         ) : m_nHashBitmask( michael_map::details::init_hash_bitmask( nMaxItemCount, nLoadFactor ))
+          , m_Buckets( bucket_table_allocator().allocate( bucket_count()))
         {
-            // GC and OrderedList::gc must be the same
-            static_assert( std::is_same<gc, typename bucket_type::gc>::value, "GC and OrderedList::gc must be the same");
-
-            // atomicity::empty_item_counter is not allowed as a item counter
-            static_assert( !std::is_same<item_counter, atomicity::empty_item_counter>::value,
-                           "cds::atomicity::empty_item_counter is not allowed as a item counter");
-
-            m_Buckets = bucket_table_allocator().NewArray( bucket_count() );
+            for ( auto it = m_Buckets, itEnd = m_Buckets + bucket_count(); it != itEnd; ++it )
+                construct_bucket<bucket_stat>( it );
         }
 
         /// Clears hash set and destroys it
         ~MichaelHashMap()
         {
             clear();
-            bucket_table_allocator().Delete( m_Buckets, bucket_count() );
+            for ( auto it = m_Buckets, itEnd = m_Buckets + bucket_count(); it != itEnd; ++it )
+                it->~internal_bucket_type();
+            bucket_table_allocator().deallocate( m_Buckets, bucket_count());
         }
 
         /// Inserts new node with key and default value
@@ -288,12 +328,12 @@ namespace cds { namespace container {
         template <typename K>
         iterator insert( const K& key )
         {
-            bucket_type& refBucket = bucket( key );
+            internal_bucket_type& refBucket = bucket( key );
             bucket_iterator it = refBucket.insert( key );
 
-            if ( it != refBucket.end() ) {
+            if ( it != refBucket.end()) {
                 ++m_ItemCounter;
-                return iterator( it, &refBucket, m_Buckets + bucket_count() );
+                return iterator( it, &refBucket, m_Buckets + bucket_count());
             }
 
             return end();
@@ -313,12 +353,12 @@ namespace cds { namespace container {
         template <typename K, typename V>
         iterator insert( K const& key, V const& val )
         {
-            bucket_type& refBucket = bucket( key );
+            internal_bucket_type& refBucket = bucket( key );
             bucket_iterator it = refBucket.insert( key, val );
 
-            if ( it != refBucket.end() ) {
+            if ( it != refBucket.end()) {
                 ++m_ItemCounter;
-                return iterator( it, &refBucket, m_Buckets + bucket_count() );
+                return iterator( it, &refBucket, m_Buckets + bucket_count());
             }
 
             return end();
@@ -357,12 +397,12 @@ namespace cds { namespace container {
         template <typename K, typename Func>
         iterator insert_with( const K& key, Func func )
         {
-            bucket_type& refBucket = bucket( key );
+            internal_bucket_type& refBucket = bucket( key );
             bucket_iterator it = refBucket.insert_with( key, func );
 
-            if ( it != refBucket.end() ) {
+            if ( it != refBucket.end()) {
                 ++m_ItemCounter;
-                return iterator( it, &refBucket, m_Buckets + bucket_count() );
+                return iterator( it, &refBucket, m_Buckets + bucket_count());
             }
 
             return end();
@@ -377,79 +417,104 @@ namespace cds { namespace container {
         template <typename K, typename... Args>
         iterator emplace( K&& key, Args&&... args )
         {
-            bucket_type& refBucket = bucket( key );
+            internal_bucket_type& refBucket = bucket( key );
             bucket_iterator it = refBucket.emplace( std::forward<K>(key), std::forward<Args>(args)... );
 
-            if ( it != refBucket.end() ) {
+            if ( it != refBucket.end()) {
                 ++m_ItemCounter;
-                return iterator( it, &refBucket, m_Buckets + bucket_count() );
+                return iterator( it, &refBucket, m_Buckets + bucket_count());
             }
 
             return end();
         }
 
-        /// Ensures that the key \p key exists in the map
+        /// Updates the item
         /**
-            The operation inserts new item if the key \p key is not found in the map.
-            Otherwise, the function returns an iterator that points to item found.
+            If \p key is not in the map and \p bAllowInsert is \p true, the function inserts a new item.
+            Otherwise, the function returns an iterator pointing to the item found.
 
-            Returns <tt> std::pair<iterator, bool>  </tt> where \p first is an iterator pointing to
-            item found or inserted, \p second is true if new item has been added or \p false if the item
-            already is in the list.
+            Returns <tt> std::pair<iterator, bool> </tt> where \p first is an iterator pointing to
+            item found or inserted (if inserting is not allowed and \p key is not found, the iterator will be \p end()),
+
+            \p second is true if new item has been added or \p false if the item
+            already is in the map.
 
             @warning For \ref cds_nonintrusive_MichaelKVList_nogc "MichaelKVList" as the bucket see \ref cds_intrusive_item_creating "insert item troubleshooting".
             \ref cds_nonintrusive_LazyKVList_nogc "LazyKVList" provides exclusive access to inserted item and does not require any node-level
             synchronization.
         */
         template <typename K>
-        std::pair<iterator, bool> ensure( const K& key )
+        std::pair<iterator, bool> update( const K& key, bool bAllowInsert = true )
         {
-            bucket_type& refBucket = bucket( key );
-            std::pair<bucket_iterator, bool> ret = refBucket.ensure( key );
+            internal_bucket_type& refBucket = bucket( key );
+            std::pair<bucket_iterator, bool> ret = refBucket.update( key, bAllowInsert );
 
             if ( ret.second  )
                 ++m_ItemCounter;
-
-            return std::make_pair( iterator( ret.first, &refBucket, m_Buckets + bucket_count() ), ret.second );
+            else if ( ret.first == refBucket.end())
+                return std::make_pair( end(), false );
+            return std::make_pair( iterator( ret.first, &refBucket, m_Buckets + bucket_count()), ret.second );
         }
+        //@cond
+        template <typename K>
+        CDS_DEPRECATED("ensure() is deprecated, use update()")
+        std::pair<iterator, bool> ensure( K const& key )
+        {
+            return update( key, true );
+        }
+        //@endcond
 
-        /// Find the key \p key
-        /** \anchor cds_nonintrusive_MichaelMap_nogc_find
-
+        /// Checks whether the map contains \p key
+        /**
             The function searches the item with key equal to \p key
-            and returns an iterator pointed to item found if the key is found,
-            and \ref end() otherwise
+            and returns an iterator pointed to item found and \ref end() otherwise
         */
         template <typename K>
-        iterator find( const K& key )
+        iterator contains( K const& key )
         {
-            bucket_type& refBucket = bucket( key );
-            bucket_iterator it = refBucket.find( key );
+            internal_bucket_type& refBucket = bucket( key );
+            bucket_iterator it = refBucket.contains( key );
 
-            if ( it != refBucket.end() )
-                return iterator( it, &refBucket, m_Buckets + bucket_count() );
+            if ( it != refBucket.end())
+                return iterator( it, &refBucket, m_Buckets + bucket_count());
 
             return end();
         }
+        //@cond
+        template <typename K>
+        CDS_DEPRECATED("deprecated, use contains()")
+        iterator find( K const& key )
+        {
+            return contains( key );
+        }
+        //@endcond
 
-        /// Finds the key \p val using \p pred predicate for searching
+        /// Checks whether the map contains \p key using \p pred predicate for searching
         /**
-            The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_MichaelMap_nogc_find "find(K const&)"
-            but \p pred is used for key comparing.
+            The function is an analog of <tt>contains( key )</tt> but \p pred is used for key comparing.
             \p Less functor has the interface like \p std::less.
-            \p Less must imply the same element order as the comparator used for building the map.
+            \p pred must imply the same element order as the comparator used for building the map.
+            Hash functor specified in \p Traits should accept parameters of type \p K.
         */
         template <typename K, typename Less>
-        iterator find_with( const K& key, Less pred )
+        iterator contains( K const& key, Less pred )
         {
-            bucket_type& refBucket = bucket( key );
-            bucket_iterator it = refBucket.find_with( key, pred );
+            internal_bucket_type& refBucket = bucket( key );
+            bucket_iterator it = refBucket.contains( key, pred );
 
-            if ( it != refBucket.end() )
-                return iterator( it, &refBucket, m_Buckets + bucket_count() );
+            if ( it != refBucket.end())
+                return iterator( it, &refBucket, m_Buckets + bucket_count());
 
             return end();
         }
+        //@cond
+        template <typename K, typename Less>
+        CDS_DEPRECATED("deprecated, use contains()")
+        iterator find_with( K const& key, Less pred )
+        {
+            return contains( key, pred );
+        }
+        //@endcond
 
         /// Clears the map (not atomic)
         void clear()
@@ -461,8 +526,8 @@ namespace cds { namespace container {
 
         /// Checks whether the map is empty
         /**
-            Emptiness is checked by item counting: if item count is zero then the map is empty.
-            Thus, the correct item counting feature is an important part of Michael's map implementation.
+            @warning If you use \p atomicity::empty_item_counter in \p traits::item_counter,
+            the function always returns \p true.
         */
         bool empty() const
         {
@@ -470,11 +535,21 @@ namespace cds { namespace container {
         }
 
         /// Returns item count in the map
+        /**
+            If you use \p atomicity::empty_item_counter in \p traits::item_counter,
+            the function always returns 0.
+        */
         size_t size() const
         {
             return m_ItemCounter;
         }
 
+        /// Returns const reference to internal statistics
+        stat const& statistics() const
+        {
+            return m_Stat;
+        }
+
         /// Returns the size of hash table
         /**
             Since \p %MichaelHashMap cannot dynamically extend the hash table size,
@@ -485,6 +560,47 @@ namespace cds { namespace container {
         {
             return m_nHashBitmask + 1;
         }
+
+    protected:
+        //@cond
+        /// Calculates hash value of \p key
+        template <typename K>
+        size_t hash_value( K const & key ) const
+        {
+            return m_HashFunctor( key ) & m_nHashBitmask;
+        }
+
+        /// Returns the bucket (ordered list) for \p key
+        template <typename K>
+        internal_bucket_type&    bucket( K const& key )
+        {
+            return m_Buckets[hash_value( key )];
+        }
+        //@endcond
+
+    private:
+        //@cond
+        const_iterator get_const_begin() const
+        {
+            return const_iterator( const_cast<internal_bucket_type const&>(m_Buckets[0]).begin(), m_Buckets, m_Buckets + bucket_count());
+        }
+        const_iterator get_const_end() const
+        {
+            return const_iterator( const_cast<internal_bucket_type const&>(m_Buckets[bucket_count() - 1]).end(), m_Buckets + bucket_count() - 1, m_Buckets + bucket_count());
+        }
+
+        template <typename Stat>
+        typename std::enable_if< Stat::empty >::type construct_bucket( internal_bucket_type* b )
+        {
+            new (b) internal_bucket_type;
+        }
+
+        template <typename Stat>
+        typename std::enable_if< !Stat::empty >::type construct_bucket( internal_bucket_type* b )
+        {
+            new (b) internal_bucket_type( m_Stat );
+        }
+        //@endcond
     };
 }} // namespace cds::container