include/llvm/ADT/ImmutableSet.h

   1 //===--- ImmutableSet.h - Immutable (functional) set interface --*- C++ -*-===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This file defines the ImutAVLTree and ImmutableSet classes.
  11 //
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #ifndef LLVM_ADT_IMSET_H
  15 #define LLVM_ADT_IMSET_H
  16
  17 #include "llvm/Support/Allocator.h"
  18 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
  19 #include "llvm/ADT/FoldingSet.h"
  20 #include "llvm/Support/DataTypes.h"
  21 #include <cassert>
  22 #include <functional>
  23 #include <vector>
  24 #include <stdio.h>
  25
  26 namespace llvm {
  27
  28 //===----------------------------------------------------------------------===//
  29 // Immutable AVL-Tree Definition.
  30 //===----------------------------------------------------------------------===//
  31
  32 template <typename ImutInfo> class ImutAVLFactory;
  33 template <typename ImutInfo> class ImutIntervalAVLFactory;
  34 template <typename ImutInfo> class ImutAVLTreeInOrderIterator;
  35 template <typename ImutInfo> class ImutAVLTreeGenericIterator;
  36
  37 template <typename ImutInfo >
  38 class ImutAVLTree {
  39 public:
  40   typedef typename ImutInfo::key_type_ref   key_type_ref;
  41   typedef typename ImutInfo::value_type     value_type;
  42   typedef typename ImutInfo::value_type_ref value_type_ref;
  43
  44   typedef ImutAVLFactory<ImutInfo>          Factory;
  45   friend class ImutAVLFactory<ImutInfo>;
  46   friend class ImutIntervalAVLFactory<ImutInfo>;
  47
  48   friend class ImutAVLTreeGenericIterator<ImutInfo>;
  49
  50   typedef ImutAVLTreeInOrderIterator<ImutInfo>  iterator;
  51
  52   //===----------------------------------------------------===//
  53   // Public Interface.
  54   //===----------------------------------------------------===//
  55
  56   /// Return a pointer to the left subtree.  This value
  57   ///  is NULL if there is no left subtree.
  58   ImutAVLTree *getLeft() const { return left; }
  59
  60   /// Return a pointer to the right subtree.  This value is
  61   ///  NULL if there is no right subtree.
  62   ImutAVLTree *getRight() const { return right; }
  63
  64   /// getHeight - Returns the height of the tree.  A tree with no subtrees
  65   ///  has a height of 1.
  66   unsigned getHeight() const { return height; }
  67
  68   /// getValue - Returns the data value associated with the tree node.
  69   const value_type& getValue() const { return value; }
  70
  71   /// find - Finds the subtree associated with the specified key value.
  72   ///  This method returns NULL if no matching subtree is found.
  73   ImutAVLTree* find(key_type_ref K) {
  74     ImutAVLTree *T = this;
  75     while (T) {
  76       key_type_ref CurrentKey = ImutInfo::KeyOfValue(T->getValue());
  77       if (ImutInfo::isEqual(K,CurrentKey))
  78         return T;
  79       else if (ImutInfo::isLess(K,CurrentKey))
  80         T = T->getLeft();
  81       else
  82         T = T->getRight();
  83     }
  84     return NULL;
  85   }
  86
  87   /// getMaxElement - Find the subtree associated with the highest ranged
  88   ///  key value.
  89   ImutAVLTree* getMaxElement() {
  90     ImutAVLTree *T = this;
  91     ImutAVLTree *Right = T->getRight();
  92     while (Right) { T = right; right = T->getRight(); }
  93     return T;
  94   }
  95
  96   /// size - Returns the number of nodes in the tree, which includes
  97   ///  both leaves and non-leaf nodes.
  98   unsigned size() const {
  99     unsigned n = 1;
 100     if (const ImutAVLTree* L = getLeft())
 101       n += L->size();
 102     if (const ImutAVLTree* R = getRight())
 103       n += R->size();
 104     return n;
 105   }
 106
 107   /// begin - Returns an iterator that iterates over the nodes of the tree
 108   ///  in an inorder traversal.  The returned iterator thus refers to the
 109   ///  the tree node with the minimum data element.
 110   iterator begin() const { return iterator(this); }
 111
 112   /// end - Returns an iterator for the tree that denotes the end of an
 113   ///  inorder traversal.
 114   iterator end() const { return iterator(); }
 115
 116   bool isElementEqual(value_type_ref V) const {
 117     // Compare the keys.
 118     if (!ImutInfo::isEqual(ImutInfo::KeyOfValue(getValue()),
 119                            ImutInfo::KeyOfValue(V)))
 120       return false;
 121
 122     // Also compare the data values.
 123     if (!ImutInfo::isDataEqual(ImutInfo::DataOfValue(getValue()),
 124                                ImutInfo::DataOfValue(V)))
 125       return false;
 126
 127     return true;
 128   }
 129
 130   bool isElementEqual(const ImutAVLTree* RHS) const {
 131     return isElementEqual(RHS->getValue());
 132   }
 133
 134   /// isEqual - Compares two trees for structural equality and returns true
 135   ///   if they are equal.  This worst case performance of this operation is
 136   //    linear in the sizes of the trees.
 137   bool isEqual(const ImutAVLTree& RHS) const {
 138     if (&RHS == this)
 139       return true;
 140
 141     iterator LItr = begin(), LEnd = end();
 142     iterator RItr = RHS.begin(), REnd = RHS.end();
 143
 144     while (LItr != LEnd && RItr != REnd) {
 145       if (*LItr == *RItr) {
 146         LItr.skipSubTree();
 147         RItr.skipSubTree();
 148         continue;
 149       }
 150
 151       if (!LItr->isElementEqual(*RItr))
 152         return false;
 153
 154       ++LItr;
 155       ++RItr;
 156     }
 157
 158     return LItr == LEnd && RItr == REnd;
 159   }
 160
 161   /// isNotEqual - Compares two trees for structural inequality.  Performance
 162   ///  is the same is isEqual.
 163   bool isNotEqual(const ImutAVLTree& RHS) const { return !isEqual(RHS); }
 164
 165   /// contains - Returns true if this tree contains a subtree (node) that
 166   ///  has an data element that matches the specified key.  Complexity
 167   ///  is logarithmic in the size of the tree.
 168   bool contains(key_type_ref K) { return (bool) find(K); }
 169
 170   /// foreach - A member template the accepts invokes operator() on a functor
 171   ///  object (specifed by Callback) for every node/subtree in the tree.
 172   ///  Nodes are visited using an inorder traversal.
 173   template <typename Callback>
 174   void foreach(Callback& C) {
 175     if (ImutAVLTree* L = getLeft())
 176       L->foreach(C);
 177
 178     C(value);
 179
 180     if (ImutAVLTree* R = getRight())
 181       R->foreach(C);
 182   }
 183
 184   /// validateTree - A utility method that checks that the balancing and
 185   ///  ordering invariants of the tree are satisifed.  It is a recursive
 186   ///  method that returns the height of the tree, which is then consumed
 187   ///  by the enclosing validateTree call.  External callers should ignore the
 188   ///  return value.  An invalid tree will cause an assertion to fire in
 189   ///  a debug build.
 190   unsigned validateTree() const {
 191     unsigned HL = getLeft() ? getLeft()->validateTree() : 0;
 192     unsigned HR = getRight() ? getRight()->validateTree() : 0;
 193     (void) HL;
 194     (void) HR;
 195
 196     assert(getHeight() == ( HL > HR ? HL : HR ) + 1
 197             && "Height calculation wrong");
 198
 199     assert((HL > HR ? HL-HR : HR-HL) <= 2
 200            && "Balancing invariant violated");
 201
 202     assert((!getLeft() ||
 203             ImutInfo::isLess(ImutInfo::KeyOfValue(getLeft()->getValue()),
 204                              ImutInfo::KeyOfValue(getValue()))) &&
 205            "Value in left child is not less that current value");
 206
 207
 208     assert(!(getRight() ||
 209              ImutInfo::isLess(ImutInfo::KeyOfValue(getValue()),
 210                               ImutInfo::KeyOfValue(getRight()->getValue()))) &&
 211            "Current value is not less that value of right child");
 212
 213     return getHeight();
 214   }
 215
 216   //===----------------------------------------------------===//
 217   // Internal values.
 218   //===----------------------------------------------------===//
 219
 220 private:
 221   Factory *factory;
 222   ImutAVLTree *left;
 223   ImutAVLTree *right;
 224   ImutAVLTree *prev;
 225   ImutAVLTree *next;
 226
 227   unsigned height         : 28;
 228   unsigned IsMutable      : 1;
 229   unsigned IsDigestCached : 1;
 230   unsigned IsCanonicalized : 1;
 231
 232   value_type value;
 233   uint32_t digest;
 234   uint32_t refCount;
 235
 236   //===----------------------------------------------------===//
 237   // Internal methods (node manipulation; used by Factory).
 238   //===----------------------------------------------------===//
 239
 240 private:
 241   /// ImutAVLTree - Internal constructor that is only called by
 242   ///   ImutAVLFactory.
 243   ImutAVLTree(Factory *f, ImutAVLTree* l, ImutAVLTree* r, value_type_ref v,
 244               unsigned height)
 245     : factory(f), left(l), right(r), prev(0), next(0), height(height),
 246       IsMutable(true), IsDigestCached(false), IsCanonicalized(0),
 247       value(v), digest(0), refCount(0)
 248   {
 249     if (left) left->retain();
 250     if (right) right->retain();
 251   }
 252
 253   /// isMutable - Returns true if the left and right subtree references
 254   ///  (as well as height) can be changed.  If this method returns false,
 255   ///  the tree is truly immutable.  Trees returned from an ImutAVLFactory
 256   ///  object should always have this method return true.  Further, if this
 257   ///  method returns false for an instance of ImutAVLTree, all subtrees
 258   ///  will also have this method return false.  The converse is not true.
 259   bool isMutable() const { return IsMutable; }
 260
 261   /// hasCachedDigest - Returns true if the digest for this tree is cached.
 262   ///  This can only be true if the tree is immutable.
 263   bool hasCachedDigest() const { return IsDigestCached; }
 264
 265   //===----------------------------------------------------===//
 266   // Mutating operations.  A tree root can be manipulated as
 267   // long as its reference has not "escaped" from internal
 268   // methods of a factory object (see below).  When a tree
 269   // pointer is externally viewable by client code, the
 270   // internal "mutable bit" is cleared to mark the tree
 271   // immutable.  Note that a tree that still has its mutable
 272   // bit set may have children (subtrees) that are themselves
 273   // immutable.
 274   //===----------------------------------------------------===//
 275
 276   /// markImmutable - Clears the mutable flag for a tree.  After this happens,
 277   ///   it is an error to call setLeft(), setRight(), and setHeight().
 278   void markImmutable() {
 279     assert(isMutable() && "Mutable flag already removed.");
 280     IsMutable = false;
 281   }
 282
 283   /// markedCachedDigest - Clears the NoCachedDigest flag for a tree.
 284   void markedCachedDigest() {
 285     assert(!hasCachedDigest() && "NoCachedDigest flag already removed.");
 286     IsDigestCached = true;
 287   }
 288
 289   /// setHeight - Changes the height of the tree.  Used internally by
 290   ///  ImutAVLFactory.
 291   void setHeight(unsigned h) {
 292     assert(isMutable() && "Only a mutable tree can have its height changed.");
 293     height = h;
 294   }
 295
 296   static inline
 297   uint32_t computeDigest(ImutAVLTree* L, ImutAVLTree* R, value_type_ref V) {
 298     uint32_t digest = 0;
 299
 300     if (L)
 301       digest += L->computeDigest();
 302
 303     // Compute digest of stored data.
 304     FoldingSetNodeID ID;
 305     ImutInfo::Profile(ID,V);
 306     digest += ID.ComputeHash();
 307
 308     if (R)
 309       digest += R->computeDigest();
 310
 311     return digest;
 312   }
 313
 314   inline uint32_t computeDigest() {
 315     // Check the lowest bit to determine if digest has actually been
 316     // pre-computed.
 317     if (hasCachedDigest())
 318       return digest;
 319
 320     uint32_t X = computeDigest(getLeft(), getRight(), getValue());
 321     digest = X;
 322     markedCachedDigest();
 323     return X;
 324   }
 325
 326   //===----------------------------------------------------===//
 327   // Reference count operations.
 328   //===----------------------------------------------------===//
 329
 330 public:
 331   void retain() { ++refCount; }
 332   void release() {
 333     assert(refCount > 0);
 334     if (--refCount == 0)
 335       destroy();
 336   }
 337   void destroy() {
 338     if (left)
 339       left->release();
 340     if (right)
 341       right->release();
 342     if (IsCanonicalized) {
 343       if (next)
 344         next->prev = prev;
 345
 346       if (prev)
 347         prev->next = next;
 348       else
 349         factory->Cache[computeDigest()] = next;
 350     }
 351
 352     // We need to clear the mutability bit in case we are
 353     // destroying the node as part of a sweep in ImutAVLFactory::recoverNodes().
 354     IsMutable = false;
 355     factory->freeNodes.push_back(this);
 356   }
 357 };
 358
 359 //===----------------------------------------------------------------------===//
 360 // Immutable AVL-Tree Factory class.
 361 //===----------------------------------------------------------------------===//
 362
 363 template <typename ImutInfo >
 364 class ImutAVLFactory {
 365   friend class ImutAVLTree<ImutInfo>;
 366   typedef ImutAVLTree<ImutInfo> TreeTy;
 367   typedef typename TreeTy::value_type_ref value_type_ref;
 368   typedef typename TreeTy::key_type_ref   key_type_ref;
 369
 370   typedef DenseMap<unsigned, TreeTy*> CacheTy;
 371
 372   CacheTy Cache;
 373   uintptr_t Allocator;
 374   std::vector<TreeTy*> createdNodes;
 375   std::vector<TreeTy*> freeNodes;
 376
 377   bool ownsAllocator() const {
 378     return Allocator & 0x1 ? false : true;
 379   }
 380
 381   BumpPtrAllocator& getAllocator() const {
 382     return *reinterpret_cast<BumpPtrAllocator*>(Allocator & ~0x1);
 383   }
 384
 385   //===--------------------------------------------------===//
 386   // Public interface.
 387   //===--------------------------------------------------===//
 388
 389 public:
 390   ImutAVLFactory()
 391     : Allocator(reinterpret_cast<uintptr_t>(new BumpPtrAllocator())) {}
 392
 393   ImutAVLFactory(BumpPtrAllocator& Alloc)
 394     : Allocator(reinterpret_cast<uintptr_t>(&Alloc) | 0x1) {}
 395
 396   ~ImutAVLFactory() {
 397     if (ownsAllocator()) delete &getAllocator();
 398   }
 399
 400   TreeTy* add(TreeTy* T, value_type_ref V) {
 401     T = add_internal(V,T);
 402     markImmutable(T);
 403     recoverNodes();
 404     return T;
 405   }
 406
 407   TreeTy* remove(TreeTy* T, key_type_ref V) {
 408     T = remove_internal(V,T);
 409     markImmutable(T);
 410     recoverNodes();
 411     return T;
 412   }
 413
 414   TreeTy* getEmptyTree() const { return NULL; }
 415
 416 protected:
 417
 418   //===--------------------------------------------------===//
 419   // A bunch of quick helper functions used for reasoning
 420   // about the properties of trees and their children.
 421   // These have succinct names so that the balancing code
 422   // is as terse (and readable) as possible.
 423   //===--------------------------------------------------===//
 424
 425   bool            isEmpty(TreeTy* T) const { return !T; }
 426   unsigned        getHeight(TreeTy* T) const { return T ? T->getHeight() : 0; }
 427   TreeTy*         getLeft(TreeTy* T) const { return T->getLeft(); }
 428   TreeTy*         getRight(TreeTy* T) const { return T->getRight(); }
 429   value_type_ref  getValue(TreeTy* T) const { return T->value; }
 430
 431   unsigned incrementHeight(TreeTy* L, TreeTy* R) const {
 432     unsigned hl = getHeight(L);
 433     unsigned hr = getHeight(R);
 434     return (hl > hr ? hl : hr) + 1;
 435   }
 436
 437   static bool compareTreeWithSection(TreeTy* T,
 438                                      typename TreeTy::iterator& TI,
 439                                      typename TreeTy::iterator& TE) {
 440     typename TreeTy::iterator I = T->begin(), E = T->end();
 441     for ( ; I!=E ; ++I, ++TI) {
 442       if (TI == TE || !I->isElementEqual(*TI))
 443         return false;
 444     }
 445     return true;
 446   }
 447
 448   //===--------------------------------------------------===//
 449   // "createNode" is used to generate new tree roots that link
 450   // to other trees.  The functon may also simply move links
 451   // in an existing root if that root is still marked mutable.
 452   // This is necessary because otherwise our balancing code
 453   // would leak memory as it would create nodes that are
 454   // then discarded later before the finished tree is
 455   // returned to the caller.
 456   //===--------------------------------------------------===//
 457
 458   TreeTy* createNode(TreeTy* L, value_type_ref V, TreeTy* R) {
 459     BumpPtrAllocator& A = getAllocator();
 460     TreeTy* T;
 461     if (!freeNodes.empty()) {
 462       T = freeNodes.back();
 463       freeNodes.pop_back();
 464       assert(T != L);
 465       assert(T != R);
 466     }
 467     else {
 468       T = (TreeTy*) A.Allocate<TreeTy>();
 469     }
 470     new (T) TreeTy(this, L, R, V, incrementHeight(L,R));
 471     createdNodes.push_back(T);
 472     return T;
 473   }
 474
 475   TreeTy* createNode(TreeTy* newLeft, TreeTy* oldTree, TreeTy* newRight) {
 476     return createNode(newLeft, getValue(oldTree), newRight);
 477   }
 478
 479   void recoverNodes() {
 480     for (unsigned i = 0, n = createdNodes.size(); i < n; ++i) {
 481       TreeTy *N = createdNodes[i];
 482       if (N->isMutable() && N->refCount == 0)
 483         N->destroy();
 484     }
 485     createdNodes.clear();
 486   }
 487
 488   /// balanceTree - Used by add_internal and remove_internal to
 489   ///  balance a newly created tree.
 490   TreeTy* balanceTree(TreeTy* L, value_type_ref V, TreeTy* R) {
 491     unsigned hl = getHeight(L);
 492     unsigned hr = getHeight(R);
 493
 494     if (hl > hr + 2) {
 495       assert(!isEmpty(L) && "Left tree cannot be empty to have a height >= 2");
 496
 497       TreeTy *LL = getLeft(L);
 498       TreeTy *LR = getRight(L);
 499
 500       if (getHeight(LL) >= getHeight(LR))
 501         return createNode(LL, L, createNode(LR,V,R));
 502
 503       assert(!isEmpty(LR) && "LR cannot be empty because it has a height >= 1");
 504
 505       TreeTy *LRL = getLeft(LR);
 506       TreeTy *LRR = getRight(LR);
 507
 508       return createNode(createNode(LL,L,LRL), LR, createNode(LRR,V,R));
 509     }
 510     else if (hr > hl + 2) {
 511       assert(!isEmpty(R) && "Right tree cannot be empty to have a height >= 2");
 512
 513       TreeTy *RL = getLeft(R);
 514       TreeTy *RR = getRight(R);
 515
 516       if (getHeight(RR) >= getHeight(RL))
 517         return createNode(createNode(L,V,RL), R, RR);
 518
 519       assert(!isEmpty(RL) && "RL cannot be empty because it has a height >= 1");
 520
 521       TreeTy *RLL = getLeft(RL);
 522       TreeTy *RLR = getRight(RL);
 523
 524       return createNode(createNode(L,V,RLL), RL, createNode(RLR,R,RR));
 525     }
 526     else
 527       return createNode(L,V,R);
 528   }
 529
 530   /// add_internal - Creates a new tree that includes the specified
 531   ///  data and the data from the original tree.  If the original tree
 532   ///  already contained the data item, the original tree is returned.
 533   TreeTy* add_internal(value_type_ref V, TreeTy* T) {
 534     if (isEmpty(T))
 535       return createNode(T, V, T);
 536     assert(!T->isMutable());
 537
 538     key_type_ref K = ImutInfo::KeyOfValue(V);
 539     key_type_ref KCurrent = ImutInfo::KeyOfValue(getValue(T));
 540
 541     if (ImutInfo::isEqual(K,KCurrent))
 542       return createNode(getLeft(T), V, getRight(T));
 543     else if (ImutInfo::isLess(K,KCurrent))
 544       return balanceTree(add_internal(V, getLeft(T)), getValue(T), getRight(T));
 545     else
 546       return balanceTree(getLeft(T), getValue(T), add_internal(V, getRight(T)));
 547   }
 548
 549   /// remove_internal - Creates a new tree that includes all the data
 550   ///  from the original tree except the specified data.  If the
 551   ///  specified data did not exist in the original tree, the original
 552   ///  tree is returned.
 553   TreeTy* remove_internal(key_type_ref K, TreeTy* T) {
 554     if (isEmpty(T))
 555       return T;
 556
 557     assert(!T->isMutable());
 558
 559     key_type_ref KCurrent = ImutInfo::KeyOfValue(getValue(T));
 560
 561     if (ImutInfo::isEqual(K,KCurrent)) {
 562       return combineTrees(getLeft(T), getRight(T));
 563     } else if (ImutInfo::isLess(K,KCurrent)) {
 564       return balanceTree(remove_internal(K, getLeft(T)),
 565                                             getValue(T), getRight(T));
 566     } else {
 567       return balanceTree(getLeft(T), getValue(T),
 568                          remove_internal(K, getRight(T)));
 569     }
 570   }
 571
 572   TreeTy* combineTrees(TreeTy* L, TreeTy* R) {
 573     if (isEmpty(L))
 574       return R;
 575     if (isEmpty(R))
 576       return L;
 577     TreeTy* OldNode;
 578     TreeTy* newRight = removeMinBinding(R,OldNode);
 579     return balanceTree(L, getValue(OldNode), newRight);
 580   }
 581
 582   TreeTy* removeMinBinding(TreeTy* T, TreeTy*& Noderemoved) {
 583     assert(!isEmpty(T));
 584     if (isEmpty(getLeft(T))) {
 585       Noderemoved = T;
 586       return getRight(T);
 587     }
 588     return balanceTree(removeMinBinding(getLeft(T), Noderemoved),
 589                        getValue(T), getRight(T));
 590   }
 591
 592   /// markImmutable - Clears the mutable bits of a root and all of its
 593   ///  descendants.
 594   void markImmutable(TreeTy* T) {
 595     if (!T || !T->isMutable())
 596       return;
 597     T->markImmutable();
 598     markImmutable(getLeft(T));
 599     markImmutable(getRight(T));
 600   }
 601
 602 public:
 603   TreeTy *getCanonicalTree(TreeTy *TNew) {
 604     if (!TNew)
 605       return 0;
 606
 607     if (TNew->IsCanonicalized)
 608       return TNew;
 609
 610     // Search the hashtable for another tree with the same digest, and
 611     // if find a collision compare those trees by their contents.
 612     unsigned digest = TNew->computeDigest();
 613     TreeTy *&entry = Cache[digest];
 614     do {
 615       if (!entry)
 616         break;
 617       for (TreeTy *T = entry ; T != 0; T = T->next) {
 618         // Compare the Contents('T') with Contents('TNew')
 619         typename TreeTy::iterator TI = T->begin(), TE = T->end();
 620         if (!compareTreeWithSection(TNew, TI, TE))
 621           continue;
 622         if (TI != TE)
 623           continue; // T has more contents than TNew.
 624         // Trees did match!  Return 'T'.
 625         if (TNew->refCount == 0)
 626           TNew->destroy();
 627         return T;
 628       }
 629       entry->prev = TNew;
 630       TNew->next = entry;
 631     }
 632     while (false);
 633
 634     entry = TNew;
 635     TNew->IsCanonicalized = true;
 636     return TNew;
 637   }
 638 };
 639
 640 //===----------------------------------------------------------------------===//
 641 // Immutable AVL-Tree Iterators.
 642 //===----------------------------------------------------------------------===//
 643
 644 template <typename ImutInfo>
 645 class ImutAVLTreeGenericIterator {
 646   SmallVector<uintptr_t,20> stack;
 647 public:
 648   enum VisitFlag { VisitedNone=0x0, VisitedLeft=0x1, VisitedRight=0x3,
 649                    Flags=0x3 };
 650
 651   typedef ImutAVLTree<ImutInfo> TreeTy;
 652   typedef ImutAVLTreeGenericIterator<ImutInfo> _Self;
 653
 654   inline ImutAVLTreeGenericIterator() {}
 655   inline ImutAVLTreeGenericIterator(const TreeTy* Root) {
 656     if (Root) stack.push_back(reinterpret_cast<uintptr_t>(Root));
 657   }
 658
 659   TreeTy* operator*() const {
 660     assert(!stack.empty());
 661     return reinterpret_cast<TreeTy*>(stack.back() & ~Flags);
 662   }
 663
 664   uintptr_t getVisitState() {
 665     assert(!stack.empty());
 666     return stack.back() & Flags;
 667   }
 668
 669
 670   bool atEnd() const { return stack.empty(); }
 671
 672   bool atBeginning() const {
 673     return stack.size() == 1 && getVisitState() == VisitedNone;
 674   }
 675
 676   void skipToParent() {
 677     assert(!stack.empty());
 678     stack.pop_back();
 679     if (stack.empty())
 680       return;
 681     switch (getVisitState()) {
 682       case VisitedNone:
 683         stack.back() |= VisitedLeft;
 684         break;
 685       case VisitedLeft:
 686         stack.back() |= VisitedRight;
 687         break;
 688       default:
 689         assert(false && "Unreachable.");
 690     }
 691   }
 692
 693   inline bool operator==(const _Self& x) const {
 694     if (stack.size() != x.stack.size())
 695       return false;
 696     for (unsigned i = 0 ; i < stack.size(); i++)
 697       if (stack[i] != x.stack[i])
 698         return false;
 699     return true;
 700   }
 701
 702   inline bool operator!=(const _Self& x) const { return !operator==(x); }
 703
 704   _Self& operator++() {
 705     assert(!stack.empty());
 706     TreeTy* Current = reinterpret_cast<TreeTy*>(stack.back() & ~Flags);
 707     assert(Current);
 708     switch (getVisitState()) {
 709       case VisitedNone:
 710         if (TreeTy* L = Current->getLeft())
 711           stack.push_back(reinterpret_cast<uintptr_t>(L));
 712         else
 713           stack.back() |= VisitedLeft;
 714         break;
 715       case VisitedLeft:
 716         if (TreeTy* R = Current->getRight())
 717           stack.push_back(reinterpret_cast<uintptr_t>(R));
 718         else
 719           stack.back() |= VisitedRight;
 720         break;
 721       case VisitedRight:
 722         skipToParent();
 723         break;
 724       default:
 725         assert(false && "Unreachable.");
 726     }
 727     return *this;
 728   }
 729
 730   _Self& operator--() {
 731     assert(!stack.empty());
 732     TreeTy* Current = reinterpret_cast<TreeTy*>(stack.back() & ~Flags);
 733     assert(Current);
 734     switch (getVisitState()) {
 735       case VisitedNone:
 736         stack.pop_back();
 737         break;
 738       case VisitedLeft:
 739         stack.back() &= ~Flags; // Set state to "VisitedNone."
 740         if (TreeTy* L = Current->getLeft())
 741           stack.push_back(reinterpret_cast<uintptr_t>(L) | VisitedRight);
 742         break;
 743       case VisitedRight:
 744         stack.back() &= ~Flags;
 745         stack.back() |= VisitedLeft;
 746         if (TreeTy* R = Current->getRight())
 747           stack.push_back(reinterpret_cast<uintptr_t>(R) | VisitedRight);
 748         break;
 749       default:
 750         assert(false && "Unreachable.");
 751     }
 752     return *this;
 753   }
 754 };
 755
 756 template <typename ImutInfo>
 757 class ImutAVLTreeInOrderIterator {
 758   typedef ImutAVLTreeGenericIterator<ImutInfo> InternalIteratorTy;
 759   InternalIteratorTy InternalItr;
 760
 761 public:
 762   typedef ImutAVLTree<ImutInfo> TreeTy;
 763   typedef ImutAVLTreeInOrderIterator<ImutInfo> _Self;
 764
 765   ImutAVLTreeInOrderIterator(const TreeTy* Root) : InternalItr(Root) {
 766     if (Root) operator++(); // Advance to first element.
 767   }
 768
 769   ImutAVLTreeInOrderIterator() : InternalItr() {}
 770
 771   inline bool operator==(const _Self& x) const {
 772     return InternalItr == x.InternalItr;
 773   }
 774
 775   inline bool operator!=(const _Self& x) const { return !operator==(x); }
 776
 777   inline TreeTy* operator*() const { return *InternalItr; }
 778   inline TreeTy* operator->() const { return *InternalItr; }
 779
 780   inline _Self& operator++() {
 781     do ++InternalItr;
 782     while (!InternalItr.atEnd() &&
 783            InternalItr.getVisitState() != InternalIteratorTy::VisitedLeft);
 784
 785     return *this;
 786   }
 787
 788   inline _Self& operator--() {
 789     do --InternalItr;
 790     while (!InternalItr.atBeginning() &&
 791            InternalItr.getVisitState() != InternalIteratorTy::VisitedLeft);
 792
 793     return *this;
 794   }
 795
 796   inline void skipSubTree() {
 797     InternalItr.skipToParent();
 798
 799     while (!InternalItr.atEnd() &&
 800            InternalItr.getVisitState() != InternalIteratorTy::VisitedLeft)
 801       ++InternalItr;
 802   }
 803 };
 804
 805 //===----------------------------------------------------------------------===//
 806 // Trait classes for Profile information.
 807 //===----------------------------------------------------------------------===//
 808
 809 /// Generic profile template.  The default behavior is to invoke the
 810 /// profile method of an object.  Specializations for primitive integers
 811 /// and generic handling of pointers is done below.
 812 template <typename T>
 813 struct ImutProfileInfo {
 814   typedef const T  value_type;
 815   typedef const T& value_type_ref;
 816
 817   static inline void Profile(FoldingSetNodeID& ID, value_type_ref X) {
 818     FoldingSetTrait<T>::Profile(X,ID);
 819   }
 820 };
 821
 822 /// Profile traits for integers.
 823 template <typename T>
 824 struct ImutProfileInteger {
 825   typedef const T  value_type;
 826   typedef const T& value_type_ref;
 827
 828   static inline void Profile(FoldingSetNodeID& ID, value_type_ref X) {
 829     ID.AddInteger(X);
 830   }
 831 };
 832
 833 #define PROFILE_INTEGER_INFO(X)\
 834 template<> struct ImutProfileInfo<X> : ImutProfileInteger<X> {};
 835
 836 PROFILE_INTEGER_INFO(char)
 837 PROFILE_INTEGER_INFO(unsigned char)
 838 PROFILE_INTEGER_INFO(short)
 839 PROFILE_INTEGER_INFO(unsigned short)
 840 PROFILE_INTEGER_INFO(unsigned)
 841 PROFILE_INTEGER_INFO(signed)
 842 PROFILE_INTEGER_INFO(long)
 843 PROFILE_INTEGER_INFO(unsigned long)
 844 PROFILE_INTEGER_INFO(long long)
 845 PROFILE_INTEGER_INFO(unsigned long long)
 846
 847 #undef PROFILE_INTEGER_INFO
 848
 849 /// Generic profile trait for pointer types.  We treat pointers as
 850 /// references to unique objects.
 851 template <typename T>
 852 struct ImutProfileInfo<T*> {
 853   typedef const T*   value_type;
 854   typedef value_type value_type_ref;
 855
 856   static inline void Profile(FoldingSetNodeID &ID, value_type_ref X) {
 857     ID.AddPointer(X);
 858   }
 859 };
 860
 861 //===----------------------------------------------------------------------===//
 862 // Trait classes that contain element comparison operators and type
 863 //  definitions used by ImutAVLTree, ImmutableSet, and ImmutableMap.  These
 864 //  inherit from the profile traits (ImutProfileInfo) to include operations
 865 //  for element profiling.
 866 //===----------------------------------------------------------------------===//
 867
 868
 869 /// ImutContainerInfo - Generic definition of comparison operations for
 870 ///   elements of immutable containers that defaults to using
 871 ///   std::equal_to<> and std::less<> to perform comparison of elements.
 872 template <typename T>
 873 struct ImutContainerInfo : public ImutProfileInfo<T> {
 874   typedef typename ImutProfileInfo<T>::value_type      value_type;
 875   typedef typename ImutProfileInfo<T>::value_type_ref  value_type_ref;
 876   typedef value_type      key_type;
 877   typedef value_type_ref  key_type_ref;
 878   typedef bool            data_type;
 879   typedef bool            data_type_ref;
 880
 881   static inline key_type_ref KeyOfValue(value_type_ref D) { return D; }
 882   static inline data_type_ref DataOfValue(value_type_ref) { return true; }
 883
 884   static inline bool isEqual(key_type_ref LHS, key_type_ref RHS) {
 885     return std::equal_to<key_type>()(LHS,RHS);
 886   }
 887
 888   static inline bool isLess(key_type_ref LHS, key_type_ref RHS) {
 889     return std::less<key_type>()(LHS,RHS);
 890   }
 891
 892   static inline bool isDataEqual(data_type_ref,data_type_ref) { return true; }
 893 };
 894
 895 /// ImutContainerInfo - Specialization for pointer values to treat pointers
 896 ///  as references to unique objects.  Pointers are thus compared by
 897 ///  their addresses.
 898 template <typename T>
 899 struct ImutContainerInfo<T*> : public ImutProfileInfo<T*> {
 900   typedef typename ImutProfileInfo<T*>::value_type      value_type;
 901   typedef typename ImutProfileInfo<T*>::value_type_ref  value_type_ref;
 902   typedef value_type      key_type;
 903   typedef value_type_ref  key_type_ref;
 904   typedef bool            data_type;
 905   typedef bool            data_type_ref;
 906
 907   static inline key_type_ref KeyOfValue(value_type_ref D) { return D; }
 908   static inline data_type_ref DataOfValue(value_type_ref) { return true; }
 909
 910   static inline bool isEqual(key_type_ref LHS, key_type_ref RHS) {
 911     return LHS == RHS;
 912   }
 913
 914   static inline bool isLess(key_type_ref LHS, key_type_ref RHS) {
 915     return LHS < RHS;
 916   }
 917
 918   static inline bool isDataEqual(data_type_ref,data_type_ref) { return true; }
 919 };
 920
 921 //===----------------------------------------------------------------------===//
 922 // Immutable Set
 923 //===----------------------------------------------------------------------===//
 924
 925 template <typename ValT, typename ValInfo = ImutContainerInfo<ValT> >
 926 class ImmutableSet {
 927 public:
 928   typedef typename ValInfo::value_type      value_type;
 929   typedef typename ValInfo::value_type_ref  value_type_ref;
 930   typedef ImutAVLTree<ValInfo> TreeTy;
 931
 932 private:
 933   TreeTy *Root;
 934
 935 public:
 936   /// Constructs a set from a pointer to a tree root.  In general one
 937   /// should use a Factory object to create sets instead of directly
 938   /// invoking the constructor, but there are cases where make this
 939   /// constructor public is useful.
 940   explicit ImmutableSet(TreeTy* R) : Root(R) {
 941     if (Root) { Root->retain(); }
 942   }
 943   ImmutableSet(const ImmutableSet &X) : Root(X.Root) {
 944     if (Root) { Root->retain(); }
 945   }
 946   ImmutableSet &operator=(const ImmutableSet &X) {
 947     if (Root != X.Root) {
 948       if (X.Root) { X.Root->retain(); }
 949       if (Root) { Root->release(); }
 950       Root = X.Root;
 951     }
 952     return *this;
 953   }
 954   ~ImmutableSet() {
 955     if (Root) { Root->release(); }
 956   }
 957
 958   class Factory {
 959     typename TreeTy::Factory F;
 960     const bool Canonicalize;
 961
 962   public:
 963     Factory(bool canonicalize = true)
 964       : Canonicalize(canonicalize) {}
 965
 966     Factory(BumpPtrAllocator& Alloc, bool canonicalize = true)
 967       : F(Alloc), Canonicalize(canonicalize) {}
 968
 969     /// getEmptySet - Returns an immutable set that contains no elements.
 970     ImmutableSet getEmptySet() {
 971       return ImmutableSet(F.getEmptyTree());
 972     }
 973
 974     /// add - Creates a new immutable set that contains all of the values
 975     ///  of the original set with the addition of the specified value.  If
 976     ///  the original set already included the value, then the original set is
 977     ///  returned and no memory is allocated.  The time and space complexity
 978     ///  of this operation is logarithmic in the size of the original set.
 979     ///  The memory allocated to represent the set is released when the
 980     ///  factory object that created the set is destroyed.
 981     ImmutableSet add(ImmutableSet Old, value_type_ref V) {
 982       TreeTy *NewT = F.add(Old.Root, V);
 983       return ImmutableSet(Canonicalize ? F.getCanonicalTree(NewT) : NewT);
 984     }
 985
 986     /// remove - Creates a new immutable set that contains all of the values
 987     ///  of the original set with the exception of the specified value.  If
 988     ///  the original set did not contain the value, the original set is
 989     ///  returned and no memory is allocated.  The time and space complexity
 990     ///  of this operation is logarithmic in the size of the original set.
 991     ///  The memory allocated to represent the set is released when the
 992     ///  factory object that created the set is destroyed.
 993     ImmutableSet remove(ImmutableSet Old, value_type_ref V) {
 994       TreeTy *NewT = F.remove(Old.Root, V);
 995       return ImmutableSet(Canonicalize ? F.getCanonicalTree(NewT) : NewT);
 996     }
 997
 998     BumpPtrAllocator& getAllocator() { return F.getAllocator(); }
 999
1000     typename TreeTy::Factory *getTreeFactory() const {
1001       return const_cast<typename TreeTy::Factory *>(&F);
1002     }
1003
1004   private:
1005     Factory(const Factory& RHS); // DO NOT IMPLEMENT
1006     void operator=(const Factory& RHS); // DO NOT IMPLEMENT
1007   };
1008
1009   friend class Factory;
1010
1011   /// Returns true if the set contains the specified value.
1012   bool contains(value_type_ref V) const {
1013     return Root ? Root->contains(V) : false;
1014   }
1015
1016   bool operator==(const ImmutableSet &RHS) const {
1017     return Root && RHS.Root ? Root->isEqual(*RHS.Root) : Root == RHS.Root;
1018   }
1019
1020   bool operator!=(const ImmutableSet &RHS) const {
1021     return Root && RHS.Root ? Root->isNotEqual(*RHS.Root) : Root != RHS.Root;
1022   }
1023
1024   TreeTy *getRoot() {
1025     if (Root) { Root->retain(); }
1026     return Root;
1027   }
1028
1029   TreeTy *getRootWithoutRetain() const {
1030     return Root;
1031   }
1032
1033   /// isEmpty - Return true if the set contains no elements.
1034   bool isEmpty() const { return !Root; }
1035
1036   /// isSingleton - Return true if the set contains exactly one element.
1037   ///   This method runs in constant time.
1038   bool isSingleton() const { return getHeight() == 1; }
1039
1040   template <typename Callback>
1041   void foreach(Callback& C) { if (Root) Root->foreach(C); }
1042
1043   template <typename Callback>
1044   void foreach() { if (Root) { Callback C; Root->foreach(C); } }
1045
1046   //===--------------------------------------------------===//
1047   // Iterators.
1048   //===--------------------------------------------------===//
1049
1050   class iterator {
1051     typename TreeTy::iterator itr;
1052     iterator(TreeTy* t) : itr(t) {}
1053     friend class ImmutableSet<ValT,ValInfo>;
1054   public:
1055     iterator() {}
1056     inline value_type_ref operator*() const { return itr->getValue(); }
1057     inline iterator& operator++() { ++itr; return *this; }
1058     inline iterator  operator++(int) { iterator tmp(*this); ++itr; return tmp; }
1059     inline iterator& operator--() { --itr; return *this; }
1060     inline iterator  operator--(int) { iterator tmp(*this); --itr; return tmp; }
1061     inline bool operator==(const iterator& RHS) const { return RHS.itr == itr; }
1062     inline bool operator!=(const iterator& RHS) const { return RHS.itr != itr; }
1063     inline value_type *operator->() const { return &(operator*()); }
1064   };
1065
1066   iterator begin() const { return iterator(Root); }
1067   iterator end() const { return iterator(); }
1068
1069   //===--------------------------------------------------===//
1070   // Utility methods.
1071   //===--------------------------------------------------===//
1072
1073   unsigned getHeight() const { return Root ? Root->getHeight() : 0; }
1074
1075   static inline void Profile(FoldingSetNodeID& ID, const ImmutableSet& S) {
1076     ID.AddPointer(S.Root);
1077   }
1078
1079   inline void Profile(FoldingSetNodeID& ID) const {
1080     return Profile(ID,*this);
1081   }
1082
1083   //===--------------------------------------------------===//
1084   // For testing.
1085   //===--------------------------------------------------===//
1086
1087   void validateTree() const { if (Root) Root->validateTree(); }
1088 };
1089
1090 // NOTE: This may some day replace the current ImmutableSet.
1091 template <typename ValT, typename ValInfo = ImutContainerInfo<ValT> >
1092 class ImmutableSetRef {
1093 public:
1094   typedef typename ValInfo::value_type      value_type;
1095   typedef typename ValInfo::value_type_ref  value_type_ref;
1096   typedef ImutAVLTree<ValInfo> TreeTy;
1097   typedef typename TreeTy::Factory          FactoryTy;
1098
1099 private:
1100   TreeTy *Root;
1101   FactoryTy *Factory;
1102
1103 public:
1104   /// Constructs a set from a pointer to a tree root.  In general one
1105   /// should use a Factory object to create sets instead of directly
1106   /// invoking the constructor, but there are cases where make this
1107   /// constructor public is useful.
1108   explicit ImmutableSetRef(TreeTy* R, FactoryTy *F)
1109     : Root(R),
1110       Factory(F) {
1111     if (Root) { Root->retain(); }
1112   }
1113   ImmutableSetRef(const ImmutableSetRef &X)
1114     : Root(X.Root),
1115       Factory(X.Factory) {
1116     if (Root) { Root->retain(); }
1117   }
1118   ImmutableSetRef &operator=(const ImmutableSetRef &X) {
1119     if (Root != X.Root) {
1120       if (X.Root) { X.Root->retain(); }
1121       if (Root) { Root->release(); }
1122       Root = X.Root;
1123       Factory = X.Factory;
1124     }
1125     return *this;
1126   }
1127   ~ImmutableSetRef() {
1128     if (Root) { Root->release(); }
1129   }
1130
1131   static inline ImmutableSetRef getEmptySet(FactoryTy *F) {
1132     return ImmutableSetRef(0, F);
1133   }
1134
1135   ImmutableSetRef add(value_type_ref V) {
1136     return ImmutableSetRef(Factory->add(Root, V), Factory);
1137   }
1138
1139   ImmutableSetRef remove(value_type_ref V) {
1140     return ImmutableSetRef(Factory->remove(Root, V), Factory);
1141   }
1142
1143   /// Returns true if the set contains the specified value.
1144   bool contains(value_type_ref V) const {
1145     return Root ? Root->contains(V) : false;
1146   }
1147
1148   ImmutableSet<ValT> asImmutableSet() const {
1149     return ImmutableSet<ValT>(Factory->getCanonicalTree(Root));
1150   }
1151
1152   TreeTy *getRootWithoutRetain() const {
1153     return Root;
1154   }
1155
1156   bool operator==(const ImmutableSetRef &RHS) const {
1157     return Root && RHS.Root ? Root->isEqual(*RHS.Root) : Root == RHS.Root;
1158   }
1159
1160   bool operator!=(const ImmutableSetRef &RHS) const {
1161     return Root && RHS.Root ? Root->isNotEqual(*RHS.Root) : Root != RHS.Root;
1162   }
1163
1164   /// isEmpty - Return true if the set contains no elements.
1165   bool isEmpty() const { return !Root; }
1166
1167   /// isSingleton - Return true if the set contains exactly one element.
1168   ///   This method runs in constant time.
1169   bool isSingleton() const { return getHeight() == 1; }
1170
1171   //===--------------------------------------------------===//
1172   // Iterators.
1173   //===--------------------------------------------------===//
1174
1175   class iterator {
1176     typename TreeTy::iterator itr;
1177     iterator(TreeTy* t) : itr(t) {}
1178     friend class ImmutableSetRef<ValT,ValInfo>;
1179   public:
1180     iterator() {}
1181     inline value_type_ref operator*() const { return itr->getValue(); }
1182     inline iterator& operator++() { ++itr; return *this; }
1183     inline iterator  operator++(int) { iterator tmp(*this); ++itr; return tmp; }
1184     inline iterator& operator--() { --itr; return *this; }
1185     inline iterator  operator--(int) { iterator tmp(*this); --itr; return tmp; }
1186     inline bool operator==(const iterator& RHS) const { return RHS.itr == itr; }
1187     inline bool operator!=(const iterator& RHS) const { return RHS.itr != itr; }
1188     inline value_type *operator->() const { return &(operator*()); }
1189   };
1190
1191   iterator begin() const { return iterator(Root); }
1192   iterator end() const { return iterator(); }
1193
1194   //===--------------------------------------------------===//
1195   // Utility methods.
1196   //===--------------------------------------------------===//
1197
1198   unsigned getHeight() const { return Root ? Root->getHeight() : 0; }
1199
1200   static inline void Profile(FoldingSetNodeID& ID, const ImmutableSetRef& S) {
1201     ID.AddPointer(S.Root);
1202   }
1203
1204   inline void Profile(FoldingSetNodeID& ID) const {
1205     return Profile(ID,*this);
1206   }
1207
1208   //===--------------------------------------------------===//
1209   // For testing.
1210   //===--------------------------------------------------===//
1211
1212   void validateTree() const { if (Root) Root->validateTree(); }
1213 };
1214
1215 } // end namespace llvm
1216
1217 #endif