Add IntervalMap::iterator::set{Start,Stop,Value} methods that allow limited
[oota-llvm.git] / include / llvm / ADT / IntervalMap.h
1 //===- llvm/ADT/IntervalMap.h - A sorted interval map -----------*- 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 implements a coalescing interval map for small objects.
11 //
12 // KeyT objects are mapped to ValT objects. Intervals of keys that map to the
13 // same value are represented in a compressed form.
14 //
15 // Iterators provide ordered access to the compressed intervals rather than the
16 // individual keys, and insert and erase operations use key intervals as well.
17 //
18 // Like SmallVector, IntervalMap will store the first N intervals in the map
19 // object itself without any allocations. When space is exhausted it switches to
20 // a B+-tree representation with very small overhead for small key and value
21 // objects.
22 //
23 // A Traits class specifies how keys are compared. It also allows IntervalMap to
24 // work with both closed and half-open intervals.
25 //
26 // Keys and values are not stored next to each other in a std::pair, so we don't
27 // provide such a value_type. Dereferencing iterators only returns the mapped
28 // value. The interval bounds are accessible through the start() and stop()
29 // iterator methods.
30 //
31 // IntervalMap is optimized for small key and value objects, 4 or 8 bytes each
32 // is the optimal size. For large objects use std::map instead.
33 //
34 //===----------------------------------------------------------------------===//
35 //
36 // Synopsis:
37 //
38 // template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
39 // class IntervalMap {
40 // public:
41 //   typedef KeyT key_type;
42 //   typedef ValT mapped_type;
43 //   typedef RecyclingAllocator<...> Allocator;
44 //   class iterator;
45 //   class const_iterator;
46 //
47 //   explicit IntervalMap(Allocator&);
48 //   ~IntervalMap():
49 //
50 //   bool empty() const;
51 //   KeyT start() const;
52 //   KeyT stop() const;
53 //   ValT lookup(KeyT x, Value NotFound = Value()) const;
54 //
55 //   const_iterator begin() const;
56 //   const_iterator end() const;
57 //   iterator begin();
58 //   iterator end();
59 //   const_iterator find(KeyT x) const;
60 //   iterator find(KeyT x);
61 //
62 //   void insert(KeyT a, KeyT b, ValT y);
63 //   void clear();
64 // };
65 //
66 // template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
67 // class IntervalMap::const_iterator :
68 //   public std::iterator<std::bidirectional_iterator_tag, ValT> {
69 // public:
70 //   bool operator==(const const_iterator &) const;
71 //   bool operator!=(const const_iterator &) const;
72 //   bool valid() const;
73 //
74 //   const KeyT &start() const;
75 //   const KeyT &stop() const;
76 //   const ValT &value() const;
77 //   const ValT &operator*() const;
78 //   const ValT *operator->() const;
79 //
80 //   const_iterator &operator++();
81 //   const_iterator &operator++(int);
82 //   const_iterator &operator--();
83 //   const_iterator &operator--(int);
84 //   void goToBegin();
85 //   void goToEnd();
86 //   void find(KeyT x);
87 //   void advanceTo(KeyT x);
88 // };
89 //
90 // template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
91 // class IntervalMap::iterator : public const_iterator {
92 // public:
93 //   void insert(KeyT a, KeyT b, Value y);
94 //   void erase();
95 // };
96 //
97 //===----------------------------------------------------------------------===//
98
99 #ifndef LLVM_ADT_INTERVALMAP_H
100 #define LLVM_ADT_INTERVALMAP_H
101
102 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
103 #include "llvm/ADT/PointerIntPair.h"
104 #include "llvm/Support/Allocator.h"
105 #include "llvm/Support/RecyclingAllocator.h"
106 #include <iterator>
107
108 // FIXME: Remove debugging code.
109 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
110
111 namespace llvm {
112
113
114 //===----------------------------------------------------------------------===//
115 //---                              Key traits                              ---//
116 //===----------------------------------------------------------------------===//
117 //
118 // The IntervalMap works with closed or half-open intervals.
119 // Adjacent intervals that map to the same value are coalesced.
120 //
121 // The IntervalMapInfo traits class is used to determine if a key is contained
122 // in an interval, and if two intervals are adjacent so they can be coalesced.
123 // The provided implementation works for closed integer intervals, other keys
124 // probably need a specialized version.
125 //
126 // The point x is contained in [a;b] when !startLess(x, a) && !stopLess(b, x).
127 //
128 // It is assumed that (a;b] half-open intervals are not used, only [a;b) is
129 // allowed. This is so that stopLess(a, b) can be used to determine if two
130 // intervals overlap.
131 //
132 //===----------------------------------------------------------------------===//
133
134 template <typename T>
135 struct IntervalMapInfo {
136
137   /// startLess - Return true if x is not in [a;b].
138   /// This is x < a both for closed intervals and for [a;b) half-open intervals.
139   static inline bool startLess(const T &x, const T &a) {
140     return x < a;
141   }
142
143   /// stopLess - Return true if x is not in [a;b].
144   /// This is b < x for a closed interval, b <= x for [a;b) half-open intervals.
145   static inline bool stopLess(const T &b, const T &x) {
146     return b < x;
147   }
148
149   /// adjacent - Return true when the intervals [x;a] and [b;y] can coalesce.
150   /// This is a+1 == b for closed intervals, a == b for half-open intervals.
151   static inline bool adjacent(const T &a, const T &b) {
152     return a+1 == b;
153   }
154
155 };
156
157 /// IntervalMapImpl - Namespace used for IntervalMap implementation details.
158 /// It should be considered private to the implementation.
159 namespace IntervalMapImpl {
160
161 // Forward declarations.
162 template <typename, typename, unsigned, typename> class LeafNode;
163 template <typename, typename, unsigned, typename> class BranchNode;
164
165 typedef std::pair<unsigned,unsigned> IdxPair;
166
167
168 //===----------------------------------------------------------------------===//
169 //---                    IntervalMapImpl::NodeBase                         ---//
170 //===----------------------------------------------------------------------===//
171 //
172 // Both leaf and branch nodes store vectors of pairs.
173 // Leaves store ((KeyT, KeyT), ValT) pairs, branches use (NodeRef, KeyT).
174 //
175 // Keys and values are stored in separate arrays to avoid padding caused by
176 // different object alignments. This also helps improve locality of reference
177 // when searching the keys.
178 //
179 // The nodes don't know how many elements they contain - that information is
180 // stored elsewhere. Omitting the size field prevents padding and allows a node
181 // to fill the allocated cache lines completely.
182 //
183 // These are typical key and value sizes, the node branching factor (N), and
184 // wasted space when nodes are sized to fit in three cache lines (192 bytes):
185 //
186 //   T1  T2   N Waste  Used by
187 //    4   4  24   0    Branch<4> (32-bit pointers)
188 //    8   4  16   0    Leaf<4,4>, Branch<4>
189 //    8   8  12   0    Leaf<4,8>, Branch<8>
190 //   16   4   9  12    Leaf<8,4>
191 //   16   8   8   0    Leaf<8,8>
192 //
193 //===----------------------------------------------------------------------===//
194
195 template <typename T1, typename T2, unsigned N>
196 class NodeBase {
197 public:
198   enum { Capacity = N };
199
200   T1 first[N];
201   T2 second[N];
202
203   /// copy - Copy elements from another node.
204   /// @param Other Node elements are copied from.
205   /// @param i     Beginning of the source range in other.
206   /// @param j     Beginning of the destination range in this.
207   /// @param Count Number of elements to copy.
208   template <unsigned M>
209   void copy(const NodeBase<T1, T2, M> &Other, unsigned i,
210             unsigned j, unsigned Count) {
211     assert(i + Count <= M && "Invalid source range");
212     assert(j + Count <= N && "Invalid dest range");
213     for (unsigned e = i + Count; i != e; ++i, ++j) {
214       first[j]  = Other.first[i];
215       second[j] = Other.second[i];
216     }
217   }
218
219   /// moveLeft - Move elements to the left.
220   /// @param i     Beginning of the source range.
221   /// @param j     Beginning of the destination range.
222   /// @param Count Number of elements to copy.
223   void moveLeft(unsigned i, unsigned j, unsigned Count) {
224     assert(j <= i && "Use moveRight shift elements right");
225     copy(*this, i, j, Count);
226   }
227
228   /// moveRight - Move elements to the right.
229   /// @param i     Beginning of the source range.
230   /// @param j     Beginning of the destination range.
231   /// @param Count Number of elements to copy.
232   void moveRight(unsigned i, unsigned j, unsigned Count) {
233     assert(i <= j && "Use moveLeft shift elements left");
234     assert(j + Count <= N && "Invalid range");
235     while (Count--) {
236       first[j + Count]  = first[i + Count];
237       second[j + Count] = second[i + Count];
238     }
239   }
240
241   /// erase - Erase elements [i;j).
242   /// @param i    Beginning of the range to erase.
243   /// @param j    End of the range. (Exclusive).
244   /// @param Size Number of elements in node.
245   void erase(unsigned i, unsigned j, unsigned Size) {
246     moveLeft(j, i, Size - j);
247   }
248
249   /// erase - Erase element at i.
250   /// @param i    Index of element to erase.
251   /// @param Size Number of elements in node.
252   void erase(unsigned i, unsigned Size) {
253     erase(i, i+1, Size);
254   }
255
256   /// shift - Shift elements [i;size) 1 position to the right.
257   /// @param i    Beginning of the range to move.
258   /// @param Size Number of elements in node.
259   void shift(unsigned i, unsigned Size) {
260     moveRight(i, i + 1, Size - i);
261   }
262
263   /// transferToLeftSib - Transfer elements to a left sibling node.
264   /// @param Size  Number of elements in this.
265   /// @param Sib   Left sibling node.
266   /// @param SSize Number of elements in sib.
267   /// @param Count Number of elements to transfer.
268   void transferToLeftSib(unsigned Size, NodeBase &Sib, unsigned SSize,
269                          unsigned Count) {
270     Sib.copy(*this, 0, SSize, Count);
271     erase(0, Count, Size);
272   }
273
274   /// transferToRightSib - Transfer elements to a right sibling node.
275   /// @param Size  Number of elements in this.
276   /// @param Sib   Right sibling node.
277   /// @param SSize Number of elements in sib.
278   /// @param Count Number of elements to transfer.
279   void transferToRightSib(unsigned Size, NodeBase &Sib, unsigned SSize,
280                           unsigned Count) {
281     Sib.moveRight(0, Count, SSize);
282     Sib.copy(*this, Size-Count, 0, Count);
283   }
284
285   /// adjustFromLeftSib - Adjust the number if elements in this node by moving
286   /// elements to or from a left sibling node.
287   /// @param Size  Number of elements in this.
288   /// @param Sib   Right sibling node.
289   /// @param SSize Number of elements in sib.
290   /// @param Add   The number of elements to add to this node, possibly < 0.
291   /// @return      Number of elements added to this node, possibly negative.
292   int adjustFromLeftSib(unsigned Size, NodeBase &Sib, unsigned SSize, int Add) {
293     if (Add > 0) {
294       // We want to grow, copy from sib.
295       unsigned Count = std::min(std::min(unsigned(Add), SSize), N - Size);
296       Sib.transferToRightSib(SSize, *this, Size, Count);
297       return Count;
298     } else {
299       // We want to shrink, copy to sib.
300       unsigned Count = std::min(std::min(unsigned(-Add), Size), N - SSize);
301       transferToLeftSib(Size, Sib, SSize, Count);
302       return -Count;
303     }
304   }
305 };
306
307 /// IntervalMapImpl::adjustSiblingSizes - Move elements between sibling nodes.
308 /// @param Node  Array of pointers to sibling nodes.
309 /// @param Nodes Number of nodes.
310 /// @param CurSize Array of current node sizes, will be overwritten.
311 /// @param NewSize Array of desired node sizes.
312 template <typename NodeT>
313 void adjustSiblingSizes(NodeT *Node[], unsigned Nodes,
314                         unsigned CurSize[], const unsigned NewSize[]) {
315   // Move elements right.
316   for (int n = Nodes - 1; n; --n) {
317     if (CurSize[n] == NewSize[n])
318       continue;
319     for (int m = n - 1; m != -1; --m) {
320       int d = Node[n]->adjustFromLeftSib(CurSize[n], *Node[m], CurSize[m],
321                                          NewSize[n] - CurSize[n]);
322       CurSize[m] -= d;
323       CurSize[n] += d;
324       // Keep going if the current node was exhausted.
325       if (CurSize[n] >= NewSize[n])
326           break;
327     }
328   }
329
330   if (Nodes == 0)
331     return;
332
333   // Move elements left.
334   for (unsigned n = 0; n != Nodes - 1; ++n) {
335     if (CurSize[n] == NewSize[n])
336       continue;
337     for (unsigned m = n + 1; m != Nodes; ++m) {
338       int d = Node[m]->adjustFromLeftSib(CurSize[m], *Node[n], CurSize[n],
339                                         CurSize[n] -  NewSize[n]);
340       CurSize[m] += d;
341       CurSize[n] -= d;
342       // Keep going if the current node was exhausted.
343       if (CurSize[n] >= NewSize[n])
344           break;
345     }
346   }
347
348 #ifndef NDEBUG
349   for (unsigned n = 0; n != Nodes; n++)
350     assert(CurSize[n] == NewSize[n] && "Insufficient element shuffle");
351 #endif
352 }
353
354 /// IntervalMapImpl::distribute - Compute a new distribution of node elements
355 /// after an overflow or underflow. Reserve space for a new element at Position,
356 /// and compute the node that will hold Position after redistributing node
357 /// elements.
358 ///
359 /// It is required that
360 ///
361 ///   Elements == sum(CurSize), and
362 ///   Elements + Grow <= Nodes * Capacity.
363 ///
364 /// NewSize[] will be filled in such that:
365 ///
366 ///   sum(NewSize) == Elements, and
367 ///   NewSize[i] <= Capacity.
368 ///
369 /// The returned index is the node where Position will go, so:
370 ///
371 ///   sum(NewSize[0..idx-1]) <= Position
372 ///   sum(NewSize[0..idx])   >= Position
373 ///
374 /// The last equality, sum(NewSize[0..idx]) == Position, can only happen when
375 /// Grow is set and NewSize[idx] == Capacity-1. The index points to the node
376 /// before the one holding the Position'th element where there is room for an
377 /// insertion.
378 ///
379 /// @param Nodes    The number of nodes.
380 /// @param Elements Total elements in all nodes.
381 /// @param Capacity The capacity of each node.
382 /// @param CurSize  Array[Nodes] of current node sizes, or NULL.
383 /// @param NewSize  Array[Nodes] to receive the new node sizes.
384 /// @param Position Insert position.
385 /// @param Grow     Reserve space for a new element at Position.
386 /// @return         (node, offset) for Position.
387 IdxPair distribute(unsigned Nodes, unsigned Elements, unsigned Capacity,
388                    const unsigned *CurSize, unsigned NewSize[],
389                    unsigned Position, bool Grow);
390
391
392 //===----------------------------------------------------------------------===//
393 //---                   IntervalMapImpl::NodeSizer                         ---//
394 //===----------------------------------------------------------------------===//
395 //
396 // Compute node sizes from key and value types.
397 //
398 // The branching factors are chosen to make nodes fit in three cache lines.
399 // This may not be possible if keys or values are very large. Such large objects
400 // are handled correctly, but a std::map would probably give better performance.
401 //
402 //===----------------------------------------------------------------------===//
403
404 enum {
405   // Cache line size. Most architectures have 32 or 64 byte cache lines.
406   // We use 64 bytes here because it provides good branching factors.
407   Log2CacheLine = 6,
408   CacheLineBytes = 1 << Log2CacheLine,
409   DesiredNodeBytes = 3 * CacheLineBytes
410 };
411
412 template <typename KeyT, typename ValT>
413 struct NodeSizer {
414   enum {
415     // Compute the leaf node branching factor that makes a node fit in three
416     // cache lines. The branching factor must be at least 3, or some B+-tree
417     // balancing algorithms won't work.
418     // LeafSize can't be larger than CacheLineBytes. This is required by the
419     // PointerIntPair used by NodeRef.
420     DesiredLeafSize = DesiredNodeBytes /
421       static_cast<unsigned>(2*sizeof(KeyT)+sizeof(ValT)),
422     MinLeafSize = 3,
423     LeafSize = DesiredLeafSize > MinLeafSize ? DesiredLeafSize : MinLeafSize
424   };
425
426   typedef NodeBase<std::pair<KeyT, KeyT>, ValT, LeafSize> LeafBase;
427
428   enum {
429     // Now that we have the leaf branching factor, compute the actual allocation
430     // unit size by rounding up to a whole number of cache lines.
431     AllocBytes = (sizeof(LeafBase) + CacheLineBytes-1) & ~(CacheLineBytes-1),
432
433     // Determine the branching factor for branch nodes.
434     BranchSize = AllocBytes /
435       static_cast<unsigned>(sizeof(KeyT) + sizeof(void*))
436   };
437
438   /// Allocator - The recycling allocator used for both branch and leaf nodes.
439   /// This typedef is very likely to be identical for all IntervalMaps with
440   /// reasonably sized entries, so the same allocator can be shared among
441   /// different kinds of maps.
442   typedef RecyclingAllocator<BumpPtrAllocator, char,
443                              AllocBytes, CacheLineBytes> Allocator;
444
445 };
446
447
448 //===----------------------------------------------------------------------===//
449 //---                     IntervalMapImpl::NodeRef                         ---//
450 //===----------------------------------------------------------------------===//
451 //
452 // B+-tree nodes can be leaves or branches, so we need a polymorphic node
453 // pointer that can point to both kinds.
454 //
455 // All nodes are cache line aligned and the low 6 bits of a node pointer are
456 // always 0. These bits are used to store the number of elements in the
457 // referenced node. Besides saving space, placing node sizes in the parents
458 // allow tree balancing algorithms to run without faulting cache lines for nodes
459 // that may not need to be modified.
460 //
461 // A NodeRef doesn't know whether it references a leaf node or a branch node.
462 // It is the responsibility of the caller to use the correct types.
463 //
464 // Nodes are never supposed to be empty, and it is invalid to store a node size
465 // of 0 in a NodeRef. The valid range of sizes is 1-64.
466 //
467 //===----------------------------------------------------------------------===//
468
469 class NodeRef {
470   struct CacheAlignedPointerTraits {
471     static inline void *getAsVoidPointer(void *P) { return P; }
472     static inline void *getFromVoidPointer(void *P) { return P; }
473     enum { NumLowBitsAvailable = Log2CacheLine };
474   };
475   PointerIntPair<void*, Log2CacheLine, unsigned, CacheAlignedPointerTraits> pip;
476
477 public:
478   /// NodeRef - Create a null ref.
479   NodeRef() {}
480
481   /// operator bool - Detect a null ref.
482   operator bool() const { return pip.getOpaqueValue(); }
483
484   /// NodeRef - Create a reference to the node p with n elements.
485   template <typename NodeT>
486   NodeRef(NodeT *p, unsigned n) : pip(p, n - 1) {
487     assert(n <= NodeT::Capacity && "Size too big for node");
488   }
489
490   /// size - Return the number of elements in the referenced node.
491   unsigned size() const { return pip.getInt() + 1; }
492
493   /// setSize - Update the node size.
494   void setSize(unsigned n) { pip.setInt(n - 1); }
495
496   /// subtree - Access the i'th subtree reference in a branch node.
497   /// This depends on branch nodes storing the NodeRef array as their first
498   /// member.
499   NodeRef &subtree(unsigned i) const {
500     return reinterpret_cast<NodeRef*>(pip.getPointer())[i];
501   }
502
503   /// get - Dereference as a NodeT reference.
504   template <typename NodeT>
505   NodeT &get() const {
506     return *reinterpret_cast<NodeT*>(pip.getPointer());
507   }
508
509   bool operator==(const NodeRef &RHS) const {
510     if (pip == RHS.pip)
511       return true;
512     assert(pip.getPointer() != RHS.pip.getPointer() && "Inconsistent NodeRefs");
513     return false;
514   }
515
516   bool operator!=(const NodeRef &RHS) const {
517     return !operator==(RHS);
518   }
519 };
520
521 //===----------------------------------------------------------------------===//
522 //---                      IntervalMapImpl::LeafNode                       ---//
523 //===----------------------------------------------------------------------===//
524 //
525 // Leaf nodes store up to N disjoint intervals with corresponding values.
526 //
527 // The intervals are kept sorted and fully coalesced so there are no adjacent
528 // intervals mapping to the same value.
529 //
530 // These constraints are always satisfied:
531 //
532 // - Traits::stopLess(start(i), stop(i))    - Non-empty, sane intervals.
533 //
534 // - Traits::stopLess(stop(i), start(i + 1) - Sorted.
535 //
536 // - value(i) != value(i + 1) || !Traits::adjacent(stop(i), start(i + 1))
537 //                                          - Fully coalesced.
538 //
539 //===----------------------------------------------------------------------===//
540
541 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
542 class LeafNode : public NodeBase<std::pair<KeyT, KeyT>, ValT, N> {
543 public:
544   const KeyT &start(unsigned i) const { return this->first[i].first; }
545   const KeyT &stop(unsigned i) const { return this->first[i].second; }
546   const ValT &value(unsigned i) const { return this->second[i]; }
547
548   KeyT &start(unsigned i) { return this->first[i].first; }
549   KeyT &stop(unsigned i) { return this->first[i].second; }
550   ValT &value(unsigned i) { return this->second[i]; }
551
552   /// findFrom - Find the first interval after i that may contain x.
553   /// @param i    Starting index for the search.
554   /// @param Size Number of elements in node.
555   /// @param x    Key to search for.
556   /// @return     First index with !stopLess(key[i].stop, x), or size.
557   ///             This is the first interval that can possibly contain x.
558   unsigned findFrom(unsigned i, unsigned Size, KeyT x) const {
559     assert(i <= Size && Size <= N && "Bad indices");
560     assert((i == 0 || Traits::stopLess(stop(i - 1), x)) &&
561            "Index is past the needed point");
562     while (i != Size && Traits::stopLess(stop(i), x)) ++i;
563     return i;
564   }
565
566   /// safeFind - Find an interval that is known to exist. This is the same as
567   /// findFrom except is it assumed that x is at least within range of the last
568   /// interval.
569   /// @param i Starting index for the search.
570   /// @param x Key to search for.
571   /// @return  First index with !stopLess(key[i].stop, x), never size.
572   ///          This is the first interval that can possibly contain x.
573   unsigned safeFind(unsigned i, KeyT x) const {
574     assert(i < N && "Bad index");
575     assert((i == 0 || Traits::stopLess(stop(i - 1), x)) &&
576            "Index is past the needed point");
577     while (Traits::stopLess(stop(i), x)) ++i;
578     assert(i < N && "Unsafe intervals");
579     return i;
580   }
581
582   /// safeLookup - Lookup mapped value for a safe key.
583   /// It is assumed that x is within range of the last entry.
584   /// @param x        Key to search for.
585   /// @param NotFound Value to return if x is not in any interval.
586   /// @return         The mapped value at x or NotFound.
587   ValT safeLookup(KeyT x, ValT NotFound) const {
588     unsigned i = safeFind(0, x);
589     return Traits::startLess(x, start(i)) ? NotFound : value(i);
590   }
591
592   unsigned insertFrom(unsigned &Pos, unsigned Size, KeyT a, KeyT b, ValT y);
593
594 #ifndef NDEBUG
595   void dump(raw_ostream &OS, unsigned Size) {
596     OS << "  N" << this << " [shape=record label=\"{ " << Size << '/' << N;
597     for (unsigned i = 0; i != Size; ++i)
598       OS << " | {" << start(i) << '-' << stop(i) << "|" << value(i) << '}';
599     OS << "}\"];\n";
600   }
601 #endif
602
603 };
604
605 /// insertFrom - Add mapping of [a;b] to y if possible, coalescing as much as
606 /// possible. This may cause the node to grow by 1, or it may cause the node
607 /// to shrink because of coalescing.
608 /// @param i    Starting index = insertFrom(0, size, a)
609 /// @param Size Number of elements in node.
610 /// @param a    Interval start.
611 /// @param b    Interval stop.
612 /// @param y    Value be mapped.
613 /// @return     (insert position, new size), or (i, Capacity+1) on overflow.
614 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
615 unsigned LeafNode<KeyT, ValT, N, Traits>::
616 insertFrom(unsigned &Pos, unsigned Size, KeyT a, KeyT b, ValT y) {
617   unsigned i = Pos;
618   assert(i <= Size && Size <= N && "Invalid index");
619   assert(!Traits::stopLess(b, a) && "Invalid interval");
620
621   // Verify the findFrom invariant.
622   assert((i == 0 || Traits::stopLess(stop(i - 1), a)));
623   assert((i == Size || !Traits::stopLess(stop(i), a)));
624   assert((i == Size || Traits::stopLess(b, start(i))) && "Overlapping insert");
625
626   // Coalesce with previous interval.
627   if (i && value(i - 1) == y && Traits::adjacent(stop(i - 1), a)) {
628     Pos = i - 1;
629     // Also coalesce with next interval?
630     if (i != Size && value(i) == y && Traits::adjacent(b, start(i))) {
631       stop(i - 1) = stop(i);
632       this->erase(i, Size);
633       return Size - 1;
634     }
635     stop(i - 1) = b;
636     return Size;
637   }
638
639   // Detect overflow.
640   if (i == N)
641     return N + 1;
642
643   // Add new interval at end.
644   if (i == Size) {
645     start(i) = a;
646     stop(i) = b;
647     value(i) = y;
648     return Size + 1;
649   }
650
651   // Try to coalesce with following interval.
652   if (value(i) == y && Traits::adjacent(b, start(i))) {
653     start(i) = a;
654     return Size;
655   }
656
657   // We must insert before i. Detect overflow.
658   if (Size == N)
659     return N + 1;
660
661   // Insert before i.
662   this->shift(i, Size);
663   start(i) = a;
664   stop(i) = b;
665   value(i) = y;
666   return Size + 1;
667 }
668
669
670 //===----------------------------------------------------------------------===//
671 //---                   IntervalMapImpl::BranchNode                        ---//
672 //===----------------------------------------------------------------------===//
673 //
674 // A branch node stores references to 1--N subtrees all of the same height.
675 //
676 // The key array in a branch node holds the rightmost stop key of each subtree.
677 // It is redundant to store the last stop key since it can be found in the
678 // parent node, but doing so makes tree balancing a lot simpler.
679 //
680 // It is unusual for a branch node to only have one subtree, but it can happen
681 // in the root node if it is smaller than the normal nodes.
682 //
683 // When all of the leaf nodes from all the subtrees are concatenated, they must
684 // satisfy the same constraints as a single leaf node. They must be sorted,
685 // sane, and fully coalesced.
686 //
687 //===----------------------------------------------------------------------===//
688
689 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
690 class BranchNode : public NodeBase<NodeRef, KeyT, N> {
691 public:
692   const KeyT &stop(unsigned i) const { return this->second[i]; }
693   const NodeRef &subtree(unsigned i) const { return this->first[i]; }
694
695   KeyT &stop(unsigned i) { return this->second[i]; }
696   NodeRef &subtree(unsigned i) { return this->first[i]; }
697
698   /// findFrom - Find the first subtree after i that may contain x.
699   /// @param i    Starting index for the search.
700   /// @param Size Number of elements in node.
701   /// @param x    Key to search for.
702   /// @return     First index with !stopLess(key[i], x), or size.
703   ///             This is the first subtree that can possibly contain x.
704   unsigned findFrom(unsigned i, unsigned Size, KeyT x) const {
705     assert(i <= Size && Size <= N && "Bad indices");
706     assert((i == 0 || Traits::stopLess(stop(i - 1), x)) &&
707            "Index to findFrom is past the needed point");
708     while (i != Size && Traits::stopLess(stop(i), x)) ++i;
709     return i;
710   }
711
712   /// safeFind - Find a subtree that is known to exist. This is the same as
713   /// findFrom except is it assumed that x is in range.
714   /// @param i Starting index for the search.
715   /// @param x Key to search for.
716   /// @return  First index with !stopLess(key[i], x), never size.
717   ///          This is the first subtree that can possibly contain x.
718   unsigned safeFind(unsigned i, KeyT x) const {
719     assert(i < N && "Bad index");
720     assert((i == 0 || Traits::stopLess(stop(i - 1), x)) &&
721            "Index is past the needed point");
722     while (Traits::stopLess(stop(i), x)) ++i;
723     assert(i < N && "Unsafe intervals");
724     return i;
725   }
726
727   /// safeLookup - Get the subtree containing x, Assuming that x is in range.
728   /// @param x Key to search for.
729   /// @return  Subtree containing x
730   NodeRef safeLookup(KeyT x) const {
731     return subtree(safeFind(0, x));
732   }
733
734   /// insert - Insert a new (subtree, stop) pair.
735   /// @param i    Insert position, following entries will be shifted.
736   /// @param Size Number of elements in node.
737   /// @param Node Subtree to insert.
738   /// @param Stop Last key in subtree.
739   void insert(unsigned i, unsigned Size, NodeRef Node, KeyT Stop) {
740     assert(Size < N && "branch node overflow");
741     assert(i <= Size && "Bad insert position");
742     this->shift(i, Size);
743     subtree(i) = Node;
744     stop(i) = Stop;
745   }
746
747 #ifndef NDEBUG
748   void dump(raw_ostream &OS, unsigned Size) {
749     OS << "  N" << this << " [shape=record label=\"" << Size << '/' << N;
750     for (unsigned i = 0; i != Size; ++i)
751       OS << " | <s" << i << "> " << stop(i);
752     OS << "\"];\n";
753     for (unsigned i = 0; i != Size; ++i)
754       OS << "  N" << this << ":s" << i << " -> N"
755          << &subtree(i).template get<BranchNode>() << ";\n";
756   }
757 #endif
758
759 };
760
761 //===----------------------------------------------------------------------===//
762 //---                         IntervalMapImpl::Path                        ---//
763 //===----------------------------------------------------------------------===//
764 //
765 // A Path is used by iterators to represent a position in a B+-tree, and the
766 // path to get there from the root.
767 //
768 // The Path class also constains the tree navigation code that doesn't have to
769 // be templatized.
770 //
771 //===----------------------------------------------------------------------===//
772
773 class Path {
774   /// Entry - Each step in the path is a node pointer and an offset into that
775   /// node.
776   struct Entry {
777     void *node;
778     unsigned size;
779     unsigned offset;
780
781     Entry(void *Node, unsigned Size, unsigned Offset)
782       : node(Node), size(Size), offset(Offset) {}
783
784     Entry(NodeRef Node, unsigned Offset)
785       : node(&Node.subtree(0)), size(Node.size()), offset(Offset) {}
786
787     NodeRef &subtree(unsigned i) const {
788       return reinterpret_cast<NodeRef*>(node)[i];
789     }
790   };
791
792   /// path - The path entries, path[0] is the root node, path.back() is a leaf.
793   SmallVector<Entry, 4> path;
794
795 public:
796   // Node accessors.
797   template <typename NodeT> NodeT &node(unsigned Level) const {
798     return *reinterpret_cast<NodeT*>(path[Level].node);
799   }
800   unsigned size(unsigned Level) const { return path[Level].size; }
801   unsigned offset(unsigned Level) const { return path[Level].offset; }
802   unsigned &offset(unsigned Level) { return path[Level].offset; }
803
804   // Leaf accessors.
805   template <typename NodeT> NodeT &leaf() const {
806     return *reinterpret_cast<NodeT*>(path.back().node);
807   }
808   unsigned leafSize() const { return path.back().size; }
809   unsigned leafOffset() const { return path.back().offset; }
810   unsigned &leafOffset() { return path.back().offset; }
811
812   /// valid - Return true if path is at a valid node, not at end().
813   bool valid() const {
814     return !path.empty() && path.front().offset < path.front().size;
815   }
816
817   /// height - Return the height of the tree corresponding to this path.
818   /// This matches map->height in a full path.
819   unsigned height() const { return path.size() - 1; }
820
821   /// subtree - Get the subtree referenced from Level. When the path is
822   /// consistent, node(Level + 1) == subtree(Level).
823   /// @param Level 0..height-1. The leaves have no subtrees.
824   NodeRef &subtree(unsigned Level) const {
825     return path[Level].subtree(path[Level].offset);
826   }
827
828   /// reset - Reset cached information about node(Level) from subtree(Level -1).
829   /// @param Level 1..height. THe node to update after parent node changed.
830   void reset(unsigned Level) {
831     path[Level] = Entry(subtree(Level - 1), offset(Level));
832   }
833
834   /// push - Add entry to path.
835   /// @param Node Node to add, should be subtree(path.size()-1).
836   /// @param Offset Offset into Node.
837   void push(NodeRef Node, unsigned Offset) {
838     path.push_back(Entry(Node, Offset));
839   }
840
841   /// pop - Remove the last path entry.
842   void pop() {
843     path.pop_back();
844   }
845
846   /// setSize - Set the size of a node both in the path and in the tree.
847   /// @param Level 0..height. Note that setting the root size won't change
848   ///              map->rootSize.
849   /// @param Size New node size.
850   void setSize(unsigned Level, unsigned Size) {
851     path[Level].size = Size;
852     if (Level)
853       subtree(Level - 1).setSize(Size);
854   }
855
856   /// setRoot - Clear the path and set a new root node.
857   /// @param Node New root node.
858   /// @param Size New root size.
859   /// @param Offset Offset into root node.
860   void setRoot(void *Node, unsigned Size, unsigned Offset) {
861     path.clear();
862     path.push_back(Entry(Node, Size, Offset));
863   }
864
865   /// replaceRoot - Replace the current root node with two new entries after the
866   /// tree height has increased.
867   /// @param Root The new root node.
868   /// @param Size Number of entries in the new root.
869   /// @param Offsets Offsets into the root and first branch nodes.
870   void replaceRoot(void *Root, unsigned Size, IdxPair Offsets);
871
872   /// getLeftSibling - Get the left sibling node at Level, or a null NodeRef.
873   /// @param Level Get the sibling to node(Level).
874   /// @return Left sibling, or NodeRef().
875   NodeRef getLeftSibling(unsigned Level) const;
876
877   /// moveLeft - Move path to the left sibling at Level. Leave nodes below Level
878   /// unaltered.
879   /// @param Level Move node(Level).
880   void moveLeft(unsigned Level);
881
882   /// fillLeft - Grow path to Height by taking leftmost branches.
883   /// @param Height The target height.
884   void fillLeft(unsigned Height) {
885     while (height() < Height)
886       push(subtree(height()), 0);
887   }
888
889   /// getLeftSibling - Get the left sibling node at Level, or a null NodeRef.
890   /// @param Level Get the sinbling to node(Level).
891   /// @return Left sibling, or NodeRef().
892   NodeRef getRightSibling(unsigned Level) const;
893
894   /// moveRight - Move path to the left sibling at Level. Leave nodes below
895   /// Level unaltered.
896   /// @param Level Move node(Level).
897   void moveRight(unsigned Level);
898
899   /// atBegin - Return true if path is at begin().
900   bool atBegin() const {
901     for (unsigned i = 0, e = path.size(); i != e; ++i)
902       if (path[i].offset != 0)
903         return false;
904     return true;
905   }
906
907   /// atLastEntry - Return true if the path is at the last entry of the node at
908   /// Level.
909   /// @param Level Node to examine.
910   bool atLastEntry(unsigned Level) const {
911     return path[Level].offset == path[Level].size - 1;
912   }
913
914   /// legalizeForInsert - Prepare the path for an insertion at Level. When the
915   /// path is at end(), node(Level) may not be a legal node. legalizeForInsert
916   /// ensures that node(Level) is real by moving back to the last node at Level,
917   /// and setting offset(Level) to size(Level) if required.
918   /// @param Level The level where an insertion is about to take place.
919   void legalizeForInsert(unsigned Level) {
920     if (valid())
921       return;
922     moveLeft(Level);
923     ++path[Level].offset;
924   }
925
926 #ifndef NDEBUG
927   void dump() const {
928     for (unsigned l = 0, e = path.size(); l != e; ++l)
929       errs() << l << ": " << path[l].node << ' ' << path[l].size << ' '
930              << path[l].offset << '\n';
931   }
932 #endif
933 };
934
935 } // namespace IntervalMapImpl
936
937
938 //===----------------------------------------------------------------------===//
939 //---                          IntervalMap                                ----//
940 //===----------------------------------------------------------------------===//
941
942 template <typename KeyT, typename ValT,
943           unsigned N = IntervalMapImpl::NodeSizer<KeyT, ValT>::LeafSize,
944           typename Traits = IntervalMapInfo<KeyT> >
945 class IntervalMap {
946   typedef IntervalMapImpl::NodeSizer<KeyT, ValT> Sizer;
947   typedef IntervalMapImpl::LeafNode<KeyT, ValT, Sizer::LeafSize, Traits> Leaf;
948   typedef IntervalMapImpl::BranchNode<KeyT, ValT, Sizer::BranchSize, Traits>
949     Branch;
950   typedef IntervalMapImpl::LeafNode<KeyT, ValT, N, Traits> RootLeaf;
951   typedef IntervalMapImpl::IdxPair IdxPair;
952
953   // The RootLeaf capacity is given as a template parameter. We must compute the
954   // corresponding RootBranch capacity.
955   enum {
956     DesiredRootBranchCap = (sizeof(RootLeaf) - sizeof(KeyT)) /
957       (sizeof(KeyT) + sizeof(IntervalMapImpl::NodeRef)),
958     RootBranchCap = DesiredRootBranchCap ? DesiredRootBranchCap : 1
959   };
960
961   typedef IntervalMapImpl::BranchNode<KeyT, ValT, RootBranchCap, Traits>
962     RootBranch;
963
964   // When branched, we store a global start key as well as the branch node.
965   struct RootBranchData {
966     KeyT start;
967     RootBranch node;
968   };
969
970   enum {
971     RootDataSize = sizeof(RootBranchData) > sizeof(RootLeaf) ?
972                    sizeof(RootBranchData) : sizeof(RootLeaf)
973   };
974
975 public:
976   typedef typename Sizer::Allocator Allocator;
977
978 private:
979   // The root data is either a RootLeaf or a RootBranchData instance.
980   // We can't put them in a union since C++03 doesn't allow non-trivial
981   // constructors in unions.
982   // Instead, we use a char array with pointer alignment. The alignment is
983   // ensured by the allocator member in the class, but still verified in the
984   // constructor. We don't support keys or values that are more aligned than a
985   // pointer.
986   char data[RootDataSize];
987
988   // Tree height.
989   // 0: Leaves in root.
990   // 1: Root points to leaf.
991   // 2: root->branch->leaf ...
992   unsigned height;
993
994   // Number of entries in the root node.
995   unsigned rootSize;
996
997   // Allocator used for creating external nodes.
998   Allocator &allocator;
999
1000   /// dataAs - Represent data as a node type without breaking aliasing rules.
1001   template <typename T>
1002   T &dataAs() const {
1003     union {
1004       const char *d;
1005       T *t;
1006     } u;
1007     u.d = data;
1008     return *u.t;
1009   }
1010
1011   const RootLeaf &rootLeaf() const {
1012     assert(!branched() && "Cannot acces leaf data in branched root");
1013     return dataAs<RootLeaf>();
1014   }
1015   RootLeaf &rootLeaf() {
1016     assert(!branched() && "Cannot acces leaf data in branched root");
1017     return dataAs<RootLeaf>();
1018   }
1019   RootBranchData &rootBranchData() const {
1020     assert(branched() && "Cannot access branch data in non-branched root");
1021     return dataAs<RootBranchData>();
1022   }
1023   RootBranchData &rootBranchData() {
1024     assert(branched() && "Cannot access branch data in non-branched root");
1025     return dataAs<RootBranchData>();
1026   }
1027   const RootBranch &rootBranch() const { return rootBranchData().node; }
1028   RootBranch &rootBranch()             { return rootBranchData().node; }
1029   KeyT rootBranchStart() const { return rootBranchData().start; }
1030   KeyT &rootBranchStart()      { return rootBranchData().start; }
1031
1032   template <typename NodeT> NodeT *newNode() {
1033     return new(allocator.template Allocate<NodeT>()) NodeT();
1034   }
1035
1036   template <typename NodeT> void deleteNode(NodeT *P) {
1037     P->~NodeT();
1038     allocator.Deallocate(P);
1039   }
1040
1041   IdxPair branchRoot(unsigned Position);
1042   IdxPair splitRoot(unsigned Position);
1043
1044   void switchRootToBranch() {
1045     rootLeaf().~RootLeaf();
1046     height = 1;
1047     new (&rootBranchData()) RootBranchData();
1048   }
1049
1050   void switchRootToLeaf() {
1051     rootBranchData().~RootBranchData();
1052     height = 0;
1053     new(&rootLeaf()) RootLeaf();
1054   }
1055
1056   bool branched() const { return height > 0; }
1057
1058   ValT treeSafeLookup(KeyT x, ValT NotFound) const;
1059   void visitNodes(void (IntervalMap::*f)(IntervalMapImpl::NodeRef,
1060                   unsigned Level));
1061   void deleteNode(IntervalMapImpl::NodeRef Node, unsigned Level);
1062
1063 public:
1064   explicit IntervalMap(Allocator &a) : height(0), rootSize(0), allocator(a) {
1065     assert((uintptr_t(data) & (alignOf<RootLeaf>() - 1)) == 0 &&
1066            "Insufficient alignment");
1067     new(&rootLeaf()) RootLeaf();
1068   }
1069
1070   ~IntervalMap() {
1071     clear();
1072     rootLeaf().~RootLeaf();
1073   }
1074
1075   /// empty -  Return true when no intervals are mapped.
1076   bool empty() const {
1077     return rootSize == 0;
1078   }
1079
1080   /// start - Return the smallest mapped key in a non-empty map.
1081   KeyT start() const {
1082     assert(!empty() && "Empty IntervalMap has no start");
1083     return !branched() ? rootLeaf().start(0) : rootBranchStart();
1084   }
1085
1086   /// stop - Return the largest mapped key in a non-empty map.
1087   KeyT stop() const {
1088     assert(!empty() && "Empty IntervalMap has no stop");
1089     return !branched() ? rootLeaf().stop(rootSize - 1) :
1090                          rootBranch().stop(rootSize - 1);
1091   }
1092
1093   /// lookup - Return the mapped value at x or NotFound.
1094   ValT lookup(KeyT x, ValT NotFound = ValT()) const {
1095     if (empty() || Traits::startLess(x, start()) || Traits::stopLess(stop(), x))
1096       return NotFound;
1097     return branched() ? treeSafeLookup(x, NotFound) :
1098                         rootLeaf().safeLookup(x, NotFound);
1099   }
1100
1101   /// insert - Add a mapping of [a;b] to y, coalesce with adjacent intervals.
1102   /// It is assumed that no key in the interval is mapped to another value, but
1103   /// overlapping intervals already mapped to y will be coalesced.
1104   void insert(KeyT a, KeyT b, ValT y) {
1105     if (branched() || rootSize == RootLeaf::Capacity)
1106       return find(a).insert(a, b, y);
1107
1108     // Easy insert into root leaf.
1109     unsigned p = rootLeaf().findFrom(0, rootSize, a);
1110     rootSize = rootLeaf().insertFrom(p, rootSize, a, b, y);
1111   }
1112
1113   /// clear - Remove all entries.
1114   void clear();
1115
1116   class const_iterator;
1117   class iterator;
1118   friend class const_iterator;
1119   friend class iterator;
1120
1121   const_iterator begin() const {
1122     iterator I(*this);
1123     I.goToBegin();
1124     return I;
1125   }
1126
1127   iterator begin() {
1128     iterator I(*this);
1129     I.goToBegin();
1130     return I;
1131   }
1132
1133   const_iterator end() const {
1134     iterator I(*this);
1135     I.goToEnd();
1136     return I;
1137   }
1138
1139   iterator end() {
1140     iterator I(*this);
1141     I.goToEnd();
1142     return I;
1143   }
1144
1145   /// find - Return an iterator pointing to the first interval ending at or
1146   /// after x, or end().
1147   const_iterator find(KeyT x) const {
1148     iterator I(*this);
1149     I.find(x);
1150     return I;
1151   }
1152
1153   iterator find(KeyT x) {
1154     iterator I(*this);
1155     I.find(x);
1156     return I;
1157   }
1158
1159 #ifndef NDEBUG
1160   raw_ostream *OS;
1161   void dump();
1162   void dumpNode(IntervalMapImpl::NodeRef Node, unsigned Height);
1163 #endif
1164 };
1165
1166 /// treeSafeLookup - Return the mapped value at x or NotFound, assuming a
1167 /// branched root.
1168 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1169 ValT IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
1170 treeSafeLookup(KeyT x, ValT NotFound) const {
1171   assert(branched() && "treeLookup assumes a branched root");
1172
1173   IntervalMapImpl::NodeRef NR = rootBranch().safeLookup(x);
1174   for (unsigned h = height-1; h; --h)
1175     NR = NR.get<Branch>().safeLookup(x);
1176   return NR.get<Leaf>().safeLookup(x, NotFound);
1177 }
1178
1179
1180 // branchRoot - Switch from a leaf root to a branched root.
1181 // Return the new (root offset, node offset) corresponding to Position.
1182 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1183 IntervalMapImpl::IdxPair IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
1184 branchRoot(unsigned Position) {
1185   using namespace IntervalMapImpl;
1186   // How many external leaf nodes to hold RootLeaf+1?
1187   const unsigned Nodes = RootLeaf::Capacity / Leaf::Capacity + 1;
1188
1189   // Compute element distribution among new nodes.
1190   unsigned size[Nodes];
1191   IdxPair NewOffset(0, Position);
1192
1193   // Is is very common for the root node to be smaller than external nodes.
1194   if (Nodes == 1)
1195     size[0] = rootSize;
1196   else
1197     NewOffset = distribute(Nodes, rootSize, Leaf::Capacity,  NULL, size,
1198                            Position, true);
1199
1200   // Allocate new nodes.
1201   unsigned pos = 0;
1202   NodeRef node[Nodes];
1203   for (unsigned n = 0; n != Nodes; ++n) {
1204     Leaf *L = newNode<Leaf>();
1205     L->copy(rootLeaf(), pos, 0, size[n]);
1206     node[n] = NodeRef(L, size[n]);
1207     pos += size[n];
1208   }
1209
1210   // Destroy the old leaf node, construct branch node instead.
1211   switchRootToBranch();
1212   for (unsigned n = 0; n != Nodes; ++n) {
1213     rootBranch().stop(n) = node[n].template get<Leaf>().stop(size[n]-1);
1214     rootBranch().subtree(n) = node[n];
1215   }
1216   rootBranchStart() = node[0].template get<Leaf>().start(0);
1217   rootSize = Nodes;
1218   return NewOffset;
1219 }
1220
1221 // splitRoot - Split the current BranchRoot into multiple Branch nodes.
1222 // Return the new (root offset, node offset) corresponding to Position.
1223 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1224 IntervalMapImpl::IdxPair IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
1225 splitRoot(unsigned Position) {
1226   using namespace IntervalMapImpl;
1227   // How many external leaf nodes to hold RootBranch+1?
1228   const unsigned Nodes = RootBranch::Capacity / Branch::Capacity + 1;
1229
1230   // Compute element distribution among new nodes.
1231   unsigned Size[Nodes];
1232   IdxPair NewOffset(0, Position);
1233
1234   // Is is very common for the root node to be smaller than external nodes.
1235   if (Nodes == 1)
1236     Size[0] = rootSize;
1237   else
1238     NewOffset = distribute(Nodes, rootSize, Leaf::Capacity,  NULL, Size,
1239                            Position, true);
1240
1241   // Allocate new nodes.
1242   unsigned Pos = 0;
1243   NodeRef Node[Nodes];
1244   for (unsigned n = 0; n != Nodes; ++n) {
1245     Branch *B = newNode<Branch>();
1246     B->copy(rootBranch(), Pos, 0, Size[n]);
1247     Node[n] = NodeRef(B, Size[n]);
1248     Pos += Size[n];
1249   }
1250
1251   for (unsigned n = 0; n != Nodes; ++n) {
1252     rootBranch().stop(n) = Node[n].template get<Branch>().stop(Size[n]-1);
1253     rootBranch().subtree(n) = Node[n];
1254   }
1255   rootSize = Nodes;
1256   ++height;
1257   return NewOffset;
1258 }
1259
1260 /// visitNodes - Visit each external node.
1261 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1262 void IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
1263 visitNodes(void (IntervalMap::*f)(IntervalMapImpl::NodeRef, unsigned Height)) {
1264   if (!branched())
1265     return;
1266   SmallVector<IntervalMapImpl::NodeRef, 4> Refs, NextRefs;
1267
1268   // Collect level 0 nodes from the root.
1269   for (unsigned i = 0; i != rootSize; ++i)
1270     Refs.push_back(rootBranch().subtree(i));
1271
1272   // Visit all branch nodes.
1273   for (unsigned h = height - 1; h; --h) {
1274     for (unsigned i = 0, e = Refs.size(); i != e; ++i) {
1275       for (unsigned j = 0, s = Refs[i].size(); j != s; ++j)
1276         NextRefs.push_back(Refs[i].subtree(j));
1277       (this->*f)(Refs[i], h);
1278     }
1279     Refs.clear();
1280     Refs.swap(NextRefs);
1281   }
1282
1283   // Visit all leaf nodes.
1284   for (unsigned i = 0, e = Refs.size(); i != e; ++i)
1285     (this->*f)(Refs[i], 0);
1286 }
1287
1288 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1289 void IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
1290 deleteNode(IntervalMapImpl::NodeRef Node, unsigned Level) {
1291   if (Level)
1292     deleteNode(&Node.get<Branch>());
1293   else
1294     deleteNode(&Node.get<Leaf>());
1295 }
1296
1297 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1298 void IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
1299 clear() {
1300   if (branched()) {
1301     visitNodes(&IntervalMap::deleteNode);
1302     switchRootToLeaf();
1303   }
1304   rootSize = 0;
1305 }
1306
1307 #ifndef NDEBUG
1308 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1309 void IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
1310 dumpNode(IntervalMapImpl::NodeRef Node, unsigned Height) {
1311   if (Height)
1312     Node.get<Branch>().dump(*OS, Node.size());
1313   else
1314     Node.get<Leaf>().dump(*OS, Node.size());
1315 }
1316
1317 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1318 void IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
1319 dump() {
1320   std::string errors;
1321   raw_fd_ostream ofs("tree.dot", errors);
1322   OS = &ofs;
1323   ofs << "digraph {\n";
1324   if (branched())
1325     rootBranch().dump(ofs, rootSize);
1326   else
1327     rootLeaf().dump(ofs, rootSize);
1328   visitNodes(&IntervalMap::dumpNode);
1329   ofs << "}\n";
1330 }
1331 #endif
1332
1333 //===----------------------------------------------------------------------===//
1334 //---                   IntervalMap::const_iterator                       ----//
1335 //===----------------------------------------------------------------------===//
1336
1337 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1338 class IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::const_iterator :
1339   public std::iterator<std::bidirectional_iterator_tag, ValT> {
1340 protected:
1341   friend class IntervalMap;
1342
1343   // The map referred to.
1344   IntervalMap *map;
1345
1346   // We store a full path from the root to the current position.
1347   // The path may be partially filled, but never between iterator calls.
1348   IntervalMapImpl::Path path;
1349
1350   explicit const_iterator(IntervalMap &map) : map(&map) {}
1351
1352   bool branched() const {
1353     assert(map && "Invalid iterator");
1354     return map->branched();
1355   }
1356
1357   void setRoot(unsigned Offset) {
1358     if (branched())
1359       path.setRoot(&map->rootBranch(), map->rootSize, Offset);
1360     else
1361       path.setRoot(&map->rootLeaf(), map->rootSize, Offset);
1362   }
1363
1364   void pathFillFind(KeyT x);
1365   void treeFind(KeyT x);
1366   void treeAdvanceTo(KeyT x);
1367
1368   /// unsafeStart - Writable access to start() for iterator.
1369   KeyT &unsafeStart() const {
1370     assert(valid() && "Cannot access invalid iterator");
1371     return branched() ? path.leaf<Leaf>().start(path.leafOffset()) :
1372                         path.leaf<RootLeaf>().start(path.leafOffset());
1373   }
1374
1375   /// unsafeStop - Writable access to stop() for iterator.
1376   KeyT &unsafeStop() const {
1377     assert(valid() && "Cannot access invalid iterator");
1378     return branched() ? path.leaf<Leaf>().stop(path.leafOffset()) :
1379                         path.leaf<RootLeaf>().stop(path.leafOffset());
1380   }
1381
1382   /// unsafeValue - Writable access to value() for iterator.
1383   ValT &unsafeValue() const {
1384     assert(valid() && "Cannot access invalid iterator");
1385     return branched() ? path.leaf<Leaf>().value(path.leafOffset()) :
1386                         path.leaf<RootLeaf>().value(path.leafOffset());
1387   }
1388
1389 public:
1390   /// const_iterator - Create an iterator that isn't pointing anywhere.
1391   const_iterator() : map(0) {}
1392
1393   /// valid - Return true if the current position is valid, false for end().
1394   bool valid() const { return path.valid(); }
1395
1396   /// start - Return the beginning of the current interval.
1397   const KeyT &start() const { return unsafeStart(); }
1398
1399   /// stop - Return the end of the current interval.
1400   const KeyT &stop() const { return unsafeStop(); }
1401
1402   /// value - Return the mapped value at the current interval.
1403   const ValT &value() const { return unsafeValue(); }
1404
1405   const ValT &operator*() const { return value(); }
1406
1407   bool operator==(const const_iterator &RHS) const {
1408     assert(map == RHS.map && "Cannot compare iterators from different maps");
1409     if (!valid())
1410       return !RHS.valid();
1411     if (path.leafOffset() != RHS.path.leafOffset())
1412       return false;
1413     return &path.template leaf<Leaf>() == &RHS.path.template leaf<Leaf>();
1414   }
1415
1416   bool operator!=(const const_iterator &RHS) const {
1417     return !operator==(RHS);
1418   }
1419
1420   /// goToBegin - Move to the first interval in map.
1421   void goToBegin() {
1422     setRoot(0);
1423     if (branched())
1424       path.fillLeft(map->height);
1425   }
1426
1427   /// goToEnd - Move beyond the last interval in map.
1428   void goToEnd() {
1429     setRoot(map->rootSize);
1430   }
1431
1432   /// preincrement - move to the next interval.
1433   const_iterator &operator++() {
1434     assert(valid() && "Cannot increment end()");
1435     if (++path.leafOffset() == path.leafSize() && branched())
1436       path.moveRight(map->height);
1437     return *this;
1438   }
1439
1440   /// postincrement - Dont do that!
1441   const_iterator operator++(int) {
1442     const_iterator tmp = *this;
1443     operator++();
1444     return tmp;
1445   }
1446
1447   /// predecrement - move to the previous interval.
1448   const_iterator &operator--() {
1449     if (path.leafOffset() && (valid() || !branched()))
1450       --path.leafOffset();
1451     else
1452       path.moveLeft(map->height);
1453     return *this;
1454   }
1455
1456   /// postdecrement - Dont do that!
1457   const_iterator operator--(int) {
1458     const_iterator tmp = *this;
1459     operator--();
1460     return tmp;
1461   }
1462
1463   /// find - Move to the first interval with stop >= x, or end().
1464   /// This is a full search from the root, the current position is ignored.
1465   void find(KeyT x) {
1466     if (branched())
1467       treeFind(x);
1468     else
1469       setRoot(map->rootLeaf().findFrom(0, map->rootSize, x));
1470   }
1471
1472   /// advanceTo - Move to the first interval with stop >= x, or end().
1473   /// The search is started from the current position, and no earlier positions
1474   /// can be found. This is much faster than find() for small moves.
1475   void advanceTo(KeyT x) {
1476     if (branched())
1477       treeAdvanceTo(x);
1478     else
1479       path.leafOffset() =
1480         map->rootLeaf().findFrom(path.leafOffset(), map->rootSize, x);
1481   }
1482
1483 };
1484
1485 /// pathFillFind - Complete path by searching for x.
1486 /// @param x Key to search for.
1487 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1488 void IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
1489 const_iterator::pathFillFind(KeyT x) {
1490   IntervalMapImpl::NodeRef NR = path.subtree(path.height());
1491   for (unsigned i = map->height - path.height() - 1; i; --i) {
1492     unsigned p = NR.get<Branch>().safeFind(0, x);
1493     path.push(NR, p);
1494     NR = NR.subtree(p);
1495   }
1496   path.push(NR, NR.get<Leaf>().safeFind(0, x));
1497 }
1498
1499 /// treeFind - Find in a branched tree.
1500 /// @param x Key to search for.
1501 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1502 void IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
1503 const_iterator::treeFind(KeyT x) {
1504   setRoot(map->rootBranch().findFrom(0, map->rootSize, x));
1505   if (valid())
1506     pathFillFind(x);
1507 }
1508
1509 /// treeAdvanceTo - Find position after the current one.
1510 /// @param x Key to search for.
1511 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1512 void IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
1513 const_iterator::treeAdvanceTo(KeyT x) {
1514   // Can we stay on the same leaf node?
1515   if (!Traits::stopLess(path.leaf<Leaf>().stop(path.leafSize() - 1), x)) {
1516     path.leafOffset() = path.leaf<Leaf>().safeFind(path.leafOffset(), x);
1517     return;
1518   }
1519
1520   // Drop the current leaf.
1521   path.pop();
1522
1523   // Search towards the root for a usable subtree.
1524   if (path.height()) {
1525     for (unsigned l = path.height() - 1; l; --l) {
1526       if (!Traits::stopLess(path.node<Branch>(l).stop(path.offset(l)), x)) {
1527         // The branch node at l+1 is usable
1528         path.offset(l + 1) =
1529           path.node<Branch>(l + 1).safeFind(path.offset(l + 1), x);
1530         return pathFillFind(x);
1531       }
1532       path.pop();
1533     }
1534     // Is the level-1 Branch usable?
1535     if (!Traits::stopLess(map->rootBranch().stop(path.offset(0)), x)) {
1536       path.offset(1) = path.node<Branch>(1).safeFind(path.offset(1), x);
1537       return pathFillFind(x);
1538     }
1539   }
1540
1541   // We reached the root.
1542   setRoot(map->rootBranch().findFrom(path.offset(0), map->rootSize, x));
1543   if (valid())
1544     pathFillFind(x);
1545 }
1546
1547 //===----------------------------------------------------------------------===//
1548 //---                       IntervalMap::iterator                         ----//
1549 //===----------------------------------------------------------------------===//
1550
1551 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1552 class IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::iterator : public const_iterator {
1553   friend class IntervalMap;
1554   typedef IntervalMapImpl::IdxPair IdxPair;
1555
1556   explicit iterator(IntervalMap &map) : const_iterator(map) {}
1557
1558   void setNodeStop(unsigned Level, KeyT Stop);
1559   bool insertNode(unsigned Level, IntervalMapImpl::NodeRef Node, KeyT Stop);
1560   template <typename NodeT> bool overflow(unsigned Level);
1561   void treeInsert(KeyT a, KeyT b, ValT y);
1562   void eraseNode(unsigned Level);
1563   void treeErase(bool UpdateRoot = true);
1564   bool canCoalesceLeft(KeyT Start, ValT x);
1565   bool canCoalesceRight(KeyT Stop, ValT x);
1566
1567 public:
1568   /// iterator - Create null iterator.
1569   iterator() {}
1570
1571   /// setStart - Move the start of the current interval.
1572   /// This may cause coalescing with the previous interval.
1573   /// @param a New start key, must not overlap the previous interval.
1574   void setStart(KeyT a);
1575
1576   /// setStop - Move the end of the current interval.
1577   /// This may cause coalescing with the following interval.
1578   /// @param b New stop key, must not overlap the following interval.
1579   void setStop(KeyT b);
1580
1581   /// setValue - Change the mapped value of the current interval.
1582   /// This may cause coalescing with the previous and following intervals.
1583   /// @param x New value.
1584   void setValue(ValT x);
1585
1586   /// setStartUnchecked - Move the start of the current interval without
1587   /// checking for coalescing or overlaps.
1588   /// This should only be used when it is known that coalescing is not required.
1589   /// @param a New start key.
1590   void setStartUnchecked(KeyT a) { this->unsafeStart() = a; }
1591
1592   /// setStopUnchecked - Move the end of the current interval without checking
1593   /// for coalescing or overlaps.
1594   /// This should only be used when it is known that coalescing is not required.
1595   /// @param b New stop key.
1596   void setStopUnchecked(KeyT b) {
1597     this->unsafeStop() = b;
1598     // Update keys in branch nodes as well.
1599     if (this->path.atLastEntry(this->path.height()))
1600       setNodeStop(this->path.height(), b);
1601   }
1602
1603   /// setValueUnchecked - Change the mapped value of the current interval
1604   /// without checking for coalescing.
1605   /// @param x New value.
1606   void setValueUnchecked(ValT x) { this->unsafeValue() = x; }
1607
1608   /// insert - Insert mapping [a;b] -> y before the current position.
1609   void insert(KeyT a, KeyT b, ValT y);
1610
1611   /// erase - Erase the current interval.
1612   void erase();
1613
1614   iterator &operator++() {
1615     const_iterator::operator++();
1616     return *this;
1617   }
1618
1619   iterator operator++(int) {
1620     iterator tmp = *this;
1621     operator++();
1622     return tmp;
1623   }
1624
1625   iterator &operator--() {
1626     const_iterator::operator--();
1627     return *this;
1628   }
1629
1630   iterator operator--(int) {
1631     iterator tmp = *this;
1632     operator--();
1633     return tmp;
1634   }
1635
1636 };
1637
1638 /// canCoalesceLeft - Can the current interval coalesce to the left after
1639 /// changing start or value?
1640 /// @param Start New start of current interval.
1641 /// @param Value New value for current interval.
1642 /// @return True when updating the current interval would enable coalescing.
1643 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1644 bool IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
1645 iterator::canCoalesceLeft(KeyT Start, ValT Value) {
1646   using namespace IntervalMapImpl;
1647   Path &P = this->path;
1648   if (!this->branched()) {
1649     unsigned i = P.leafOffset();
1650     RootLeaf &Node = P.leaf<RootLeaf>();
1651     return i && Node.value(i-1) == Value &&
1652                 Traits::adjacent(Node.stop(i-1), Start);
1653   }
1654   // Branched.
1655   if (unsigned i = P.leafOffset()) {
1656     Leaf &Node = P.leaf<Leaf>();
1657     return Node.value(i-1) == Value && Traits::adjacent(Node.stop(i-1), Start);
1658   } else if (NodeRef NR = P.getLeftSibling(P.height())) {
1659     unsigned i = NR.size() - 1;
1660     Leaf &Node = NR.get<Leaf>();
1661     return Node.value(i) == Value && Traits::adjacent(Node.stop(i), Start);
1662   }
1663   return false;
1664 }
1665
1666 /// canCoalesceRight - Can the current interval coalesce to the right after
1667 /// changing stop or value?
1668 /// @param Stop New stop of current interval.
1669 /// @param Value New value for current interval.
1670 /// @return True when updating the current interval would enable coalescing.
1671 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1672 bool IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
1673 iterator::canCoalesceRight(KeyT Stop, ValT Value) {
1674   using namespace IntervalMapImpl;
1675   Path &P = this->path;
1676   unsigned i = P.leafOffset() + 1;
1677   if (!this->branched()) {
1678     if (i >= P.leafSize())
1679       return false;
1680     RootLeaf &Node = P.leaf<RootLeaf>();
1681     return Node.value(i) == Value && Traits::adjacent(Stop, Node.start(i));
1682   }
1683   // Branched.
1684   if (i < P.leafSize()) {
1685     Leaf &Node = P.leaf<Leaf>();
1686     return Node.value(i) == Value && Traits::adjacent(Stop, Node.start(i));
1687   } else if (NodeRef NR = P.getRightSibling(P.height())) {
1688     Leaf &Node = NR.get<Leaf>();
1689     return Node.value(0) == Value && Traits::adjacent(Stop, Node.start(0));
1690   }
1691   return false;
1692 }
1693
1694 /// setNodeStop - Update the stop key of the current node at level and above.
1695 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1696 void IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
1697 iterator::setNodeStop(unsigned Level, KeyT Stop) {
1698   // There are no references to the root node, so nothing to update.
1699   if (!Level)
1700     return;
1701   IntervalMapImpl::Path &P = this->path;
1702   // Update nodes pointing to the current node.
1703   while (--Level) {
1704     P.node<Branch>(Level).stop(P.offset(Level)) = Stop;
1705     if (!P.atLastEntry(Level))
1706       return;
1707   }
1708   // Update root separately since it has a different layout.
1709   P.node<RootBranch>(Level).stop(P.offset(Level)) = Stop;
1710 }
1711
1712 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1713 void IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
1714 iterator::setStart(KeyT a) {
1715   assert(Traits::stopLess(a, this->stop()) && "Cannot move start beyond stop");
1716   KeyT &CurStart = this->unsafeStart();
1717   if (!Traits::startLess(a, CurStart) || !canCoalesceLeft(a, this->value())) {
1718     CurStart = a;
1719     return;
1720   }
1721   // Coalesce with the interval to the left.
1722   --*this;
1723   a = this->start();
1724   erase();
1725   setStartUnchecked(a);
1726 }
1727
1728 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1729 void IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
1730 iterator::setStop(KeyT b) {
1731   assert(Traits::stopLess(this->start(), b) && "Cannot move stop beyond start");
1732   if (Traits::startLess(b, this->stop()) ||
1733       !canCoalesceRight(b, this->value())) {
1734     setStopUnchecked(b);
1735     return;
1736   }
1737   // Coalesce with interval to the right.
1738   KeyT a = this->start();
1739   erase();
1740   setStartUnchecked(a);
1741 }
1742
1743 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1744 void IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
1745 iterator::setValue(ValT x) {
1746   setValueUnchecked(x);
1747   if (canCoalesceRight(this->stop(), x)) {
1748     KeyT a = this->start();
1749     erase();
1750     setStartUnchecked(a);
1751   }
1752   if (canCoalesceLeft(this->start(), x)) {
1753     --*this;
1754     KeyT a = this->start();
1755     erase();
1756     setStartUnchecked(a);
1757   }
1758 }
1759
1760 /// insertNode - insert a node before the current path at level.
1761 /// Leave the current path pointing at the new node.
1762 /// @param Level path index of the node to be inserted.
1763 /// @param Node The node to be inserted.
1764 /// @param Stop The last index in the new node.
1765 /// @return True if the tree height was increased.
1766 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1767 bool IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
1768 iterator::insertNode(unsigned Level, IntervalMapImpl::NodeRef Node, KeyT Stop) {
1769   assert(Level && "Cannot insert next to the root");
1770   bool SplitRoot = false;
1771   IntervalMap &IM = *this->map;
1772   IntervalMapImpl::Path &P = this->path;
1773
1774   if (Level == 1) {
1775     // Insert into the root branch node.
1776     if (IM.rootSize < RootBranch::Capacity) {
1777       IM.rootBranch().insert(P.offset(0), IM.rootSize, Node, Stop);
1778       P.setSize(0, ++IM.rootSize);
1779       P.reset(Level);
1780       return SplitRoot;
1781     }
1782
1783     // We need to split the root while keeping our position.
1784     SplitRoot = true;
1785     IdxPair Offset = IM.splitRoot(P.offset(0));
1786     P.replaceRoot(&IM.rootBranch(), IM.rootSize, Offset);
1787
1788     // Fall through to insert at the new higher level.
1789     ++Level;
1790   }
1791
1792   // When inserting before end(), make sure we have a valid path.
1793   P.legalizeForInsert(--Level);
1794
1795   // Insert into the branch node at Level-1.
1796   if (P.size(Level) == Branch::Capacity) {
1797     // Branch node is full, handle handle the overflow.
1798     assert(!SplitRoot && "Cannot overflow after splitting the root");
1799     SplitRoot = overflow<Branch>(Level);
1800     Level += SplitRoot;
1801   }
1802   P.node<Branch>(Level).insert(P.offset(Level), P.size(Level), Node, Stop);
1803   P.setSize(Level, P.size(Level) + 1);
1804   if (P.atLastEntry(Level))
1805     setNodeStop(Level, Stop);
1806   P.reset(Level + 1);
1807   return SplitRoot;
1808 }
1809
1810 // insert
1811 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1812 void IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
1813 iterator::insert(KeyT a, KeyT b, ValT y) {
1814   if (this->branched())
1815     return treeInsert(a, b, y);
1816   IntervalMap &IM = *this->map;
1817   IntervalMapImpl::Path &P = this->path;
1818
1819   // Try simple root leaf insert.
1820   unsigned Size = IM.rootLeaf().insertFrom(P.leafOffset(), IM.rootSize, a, b, y);
1821
1822   // Was the root node insert successful?
1823   if (Size <= RootLeaf::Capacity) {
1824     P.setSize(0, IM.rootSize = Size);
1825     return;
1826   }
1827
1828   // Root leaf node is full, we must branch.
1829   IdxPair Offset = IM.branchRoot(P.leafOffset());
1830   P.replaceRoot(&IM.rootBranch(), IM.rootSize, Offset);
1831
1832   // Now it fits in the new leaf.
1833   treeInsert(a, b, y);
1834 }
1835
1836
1837 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1838 void IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
1839 iterator::treeInsert(KeyT a, KeyT b, ValT y) {
1840   using namespace IntervalMapImpl;
1841   Path &P = this->path;
1842
1843   if (!P.valid())
1844     P.legalizeForInsert(this->map->height);
1845
1846   // Check if this insertion will extend the node to the left.
1847   if (P.leafOffset() == 0 && Traits::startLess(a, P.leaf<Leaf>().start(0))) {
1848     // Node is growing to the left, will it affect a left sibling node?
1849     if (NodeRef Sib = P.getLeftSibling(P.height())) {
1850       Leaf &SibLeaf = Sib.get<Leaf>();
1851       unsigned SibOfs = Sib.size() - 1;
1852       if (SibLeaf.value(SibOfs) == y &&
1853           Traits::adjacent(SibLeaf.stop(SibOfs), a)) {
1854         // This insertion will coalesce with the last entry in SibLeaf. We can
1855         // handle it in two ways:
1856         //  1. Extend SibLeaf.stop to b and be done, or
1857         //  2. Extend a to SibLeaf, erase the SibLeaf entry and continue.
1858         // We prefer 1., but need 2 when coalescing to the right as well.
1859         Leaf &CurLeaf = P.leaf<Leaf>();
1860         P.moveLeft(P.height());
1861         if (Traits::stopLess(b, CurLeaf.start(0)) &&
1862             (y != CurLeaf.value(0) || !Traits::adjacent(b, CurLeaf.start(0)))) {
1863           // Easy, just extend SibLeaf and we're done.
1864           setNodeStop(P.height(), SibLeaf.stop(SibOfs) = b);
1865           return;
1866         } else {
1867           // We have both left and right coalescing. Erase the old SibLeaf entry
1868           // and continue inserting the larger interval.
1869           a = SibLeaf.start(SibOfs);
1870           treeErase(/* UpdateRoot= */false);
1871         }
1872       }
1873     } else {
1874       // No left sibling means we are at begin(). Update cached bound.
1875       this->map->rootBranchStart() = a;
1876     }
1877   }
1878
1879   // When we are inserting at the end of a leaf node, we must update stops.
1880   unsigned Size = P.leafSize();
1881   bool Grow = P.leafOffset() == Size;
1882   Size = P.leaf<Leaf>().insertFrom(P.leafOffset(), Size, a, b, y);
1883
1884   // Leaf insertion unsuccessful? Overflow and try again.
1885   if (Size > Leaf::Capacity) {
1886     overflow<Leaf>(P.height());
1887     Grow = P.leafOffset() == P.leafSize();
1888     Size = P.leaf<Leaf>().insertFrom(P.leafOffset(), P.leafSize(), a, b, y);
1889     assert(Size <= Leaf::Capacity && "overflow() didn't make room");
1890   }
1891
1892   // Inserted, update offset and leaf size.
1893   P.setSize(P.height(), Size);
1894
1895   // Insert was the last node entry, update stops.
1896   if (Grow)
1897     setNodeStop(P.height(), b);
1898 }
1899
1900 /// erase - erase the current interval and move to the next position.
1901 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1902 void IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
1903 iterator::erase() {
1904   IntervalMap &IM = *this->map;
1905   IntervalMapImpl::Path &P = this->path;
1906   assert(P.valid() && "Cannot erase end()");
1907   if (this->branched())
1908     return treeErase();
1909   IM.rootLeaf().erase(P.leafOffset(), IM.rootSize);
1910   P.setSize(0, --IM.rootSize);
1911 }
1912
1913 /// treeErase - erase() for a branched tree.
1914 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1915 void IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
1916 iterator::treeErase(bool UpdateRoot) {
1917   IntervalMap &IM = *this->map;
1918   IntervalMapImpl::Path &P = this->path;
1919   Leaf &Node = P.leaf<Leaf>();
1920
1921   // Nodes are not allowed to become empty.
1922   if (P.leafSize() == 1) {
1923     IM.deleteNode(&Node);
1924     eraseNode(IM.height);
1925     // Update rootBranchStart if we erased begin().
1926     if (UpdateRoot && IM.branched() && P.valid() && P.atBegin())
1927       IM.rootBranchStart() = P.leaf<Leaf>().start(0);
1928     return;
1929   }
1930
1931   // Erase current entry.
1932   Node.erase(P.leafOffset(), P.leafSize());
1933   unsigned NewSize = P.leafSize() - 1;
1934   P.setSize(IM.height, NewSize);
1935   // When we erase the last entry, update stop and move to a legal position.
1936   if (P.leafOffset() == NewSize) {
1937     setNodeStop(IM.height, Node.stop(NewSize - 1));
1938     P.moveRight(IM.height);
1939   } else if (UpdateRoot && P.atBegin())
1940     IM.rootBranchStart() = P.leaf<Leaf>().start(0);
1941 }
1942
1943 /// eraseNode - Erase the current node at Level from its parent and move path to
1944 /// the first entry of the next sibling node.
1945 /// The node must be deallocated by the caller.
1946 /// @param Level 1..height, the root node cannot be erased.
1947 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1948 void IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
1949 iterator::eraseNode(unsigned Level) {
1950   assert(Level && "Cannot erase root node");
1951   IntervalMap &IM = *this->map;
1952   IntervalMapImpl::Path &P = this->path;
1953
1954   if (--Level == 0) {
1955     IM.rootBranch().erase(P.offset(0), IM.rootSize);
1956     P.setSize(0, --IM.rootSize);
1957     // If this cleared the root, switch to height=0.
1958     if (IM.empty()) {
1959       IM.switchRootToLeaf();
1960       this->setRoot(0);
1961       return;
1962     }
1963   } else {
1964     // Remove node ref from branch node at Level.
1965     Branch &Parent = P.node<Branch>(Level);
1966     if (P.size(Level) == 1) {
1967       // Branch node became empty, remove it recursively.
1968       IM.deleteNode(&Parent);
1969       eraseNode(Level);
1970     } else {
1971       // Branch node won't become empty.
1972       Parent.erase(P.offset(Level), P.size(Level));
1973       unsigned NewSize = P.size(Level) - 1;
1974       P.setSize(Level, NewSize);
1975       // If we removed the last branch, update stop and move to a legal pos.
1976       if (P.offset(Level) == NewSize) {
1977         setNodeStop(Level, Parent.stop(NewSize - 1));
1978         P.moveRight(Level);
1979       }
1980     }
1981   }
1982   // Update path cache for the new right sibling position.
1983   if (P.valid()) {
1984     P.reset(Level + 1);
1985     P.offset(Level + 1) = 0;
1986   }
1987 }
1988
1989 /// overflow - Distribute entries of the current node evenly among
1990 /// its siblings and ensure that the current node is not full.
1991 /// This may require allocating a new node.
1992 /// @param NodeT The type of node at Level (Leaf or Branch).
1993 /// @param Level path index of the overflowing node.
1994 /// @return True when the tree height was changed.
1995 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1996 template <typename NodeT>
1997 bool IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
1998 iterator::overflow(unsigned Level) {
1999   using namespace IntervalMapImpl;
2000   Path &P = this->path;
2001   unsigned CurSize[4];
2002   NodeT *Node[4];
2003   unsigned Nodes = 0;
2004   unsigned Elements = 0;
2005   unsigned Offset = P.offset(Level);
2006
2007   // Do we have a left sibling?
2008   NodeRef LeftSib = P.getLeftSibling(Level);
2009   if (LeftSib) {
2010     Offset += Elements = CurSize[Nodes] = LeftSib.size();
2011     Node[Nodes++] = &LeftSib.get<NodeT>();
2012   }
2013
2014   // Current node.
2015   Elements += CurSize[Nodes] = P.size(Level);
2016   Node[Nodes++] = &P.node<NodeT>(Level);
2017
2018   // Do we have a right sibling?
2019   NodeRef RightSib = P.getRightSibling(Level);
2020   if (RightSib) {
2021     Elements += CurSize[Nodes] = RightSib.size();
2022     Node[Nodes++] = &RightSib.get<NodeT>();
2023   }
2024
2025   // Do we need to allocate a new node?
2026   unsigned NewNode = 0;
2027   if (Elements + 1 > Nodes * NodeT::Capacity) {
2028     // Insert NewNode at the penultimate position, or after a single node.
2029     NewNode = Nodes == 1 ? 1 : Nodes - 1;
2030     CurSize[Nodes] = CurSize[NewNode];
2031     Node[Nodes] = Node[NewNode];
2032     CurSize[NewNode] = 0;
2033     Node[NewNode] = this->map->newNode<NodeT>();
2034     ++Nodes;
2035   }
2036
2037   // Compute the new element distribution.
2038   unsigned NewSize[4];
2039   IdxPair NewOffset = distribute(Nodes, Elements, NodeT::Capacity,
2040                                  CurSize, NewSize, Offset, true);
2041   adjustSiblingSizes(Node, Nodes, CurSize, NewSize);
2042
2043   // Move current location to the leftmost node.
2044   if (LeftSib)
2045     P.moveLeft(Level);
2046
2047   // Elements have been rearranged, now update node sizes and stops.
2048   bool SplitRoot = false;
2049   unsigned Pos = 0;
2050   for (;;) {
2051     KeyT Stop = Node[Pos]->stop(NewSize[Pos]-1);
2052     if (NewNode && Pos == NewNode) {
2053       SplitRoot = insertNode(Level, NodeRef(Node[Pos], NewSize[Pos]), Stop);
2054       Level += SplitRoot;
2055     } else {
2056       P.setSize(Level, NewSize[Pos]);
2057       setNodeStop(Level, Stop);
2058     }
2059     if (Pos + 1 == Nodes)
2060       break;
2061     P.moveRight(Level);
2062     ++Pos;
2063   }
2064
2065   // Where was I? Find NewOffset.
2066   while(Pos != NewOffset.first) {
2067     P.moveLeft(Level);
2068     --Pos;
2069   }
2070   P.offset(Level) = NewOffset.second;
2071   return SplitRoot;
2072 }
2073
2074 } // namespace llvm
2075
2076 #endif