]> mj.ucw.cz Git - libucw.git/blob - lib/hashtable.h
Added hash functions for 64-bit integers.
[libucw.git] / lib / hashtable.h
1 /*
2  *      UCW Library -- Universal Hash Table
3  *
4  *      (c) 2002--2004 Martin Mares <mj@ucw.cz>
5  *      (c) 2002 Robert Spalek <robert@ucw.cz>
6  *
7  *      This software may be freely distributed and used according to the terms
8  *      of the GNU Lesser General Public License.
9  */
10
11 /*
12  *  This is not a normal header file, it's a generator of hash tables.
13  *  Each time you include it with parameters set in the corresponding
14  *  preprocessor macros, it generates a hash table with the parameters
15  *  given.
16  *
17  *  You need to specify:
18  *
19  *  HASH_NODE           data type where a node dwells (usually a struct).
20  *  HASH_PREFIX(x)      macro to add a name prefix (used on all global names
21  *                      defined by the hash table generator).
22  *
23  *  Then decide on type of keys:
24  *
25  *  HASH_KEY_ATOMIC=f   use node->f as a key of an atomic type (i.e.,
26  *                      a type which can be compared using `==')
27  *                      HASH_ATOMIC_TYPE (defaults to int).
28  *  | HASH_KEY_STRING=f use node->f as a string key, allocated
29  *                      separately from the rest of the node.
30  *  | HASH_KEY_ENDSTRING=f use node->f as a string key, allocated
31  *                      automatically at the end of the node struct
32  *                      (to be declared as "char f[1]" at the end).
33  *  | HASH_KEY_COMPLEX  use a multi-component key; as the name suggests,
34  *                      the passing of parameters is a bit complex then.
35  *                      The HASH_KEY_COMPLEX(x) macro should expand to
36  *                      `x k1, x k2, ... x kn' and you should also define:
37  *    HASH_KEY_DECL     declaration of function parameters in which key
38  *                      should be passed to all hash table operations.
39  *                      That is, `type1 k1, type2 k2, ... typen kn'.
40  *                      With complex keys, HASH_GIVE_HASHFN and HASH_GIVE_EQ
41  *                      are mandatory.
42  *
43  *  Then specify what operations you request (all names are automatically
44  *  prefixed by calling HASH_PREFIX):
45  *
46  *  <always defined>    init() -- initialize the hash table.
47  *  HASH_WANT_CLEANUP   cleanup() -- deallocate the hash table.
48  *  HASH_WANT_FIND      node *find(key) -- find first node with the specified
49  *                      key, return NULL if no such node exists.
50  *  HASH_WANT_FIND_NEXT node *find(node *start) -- find next node with the
51  *                      specified key, return NULL if no such node exists.
52  *  HASH_WANT_NEW       node *new(key) -- create new node with given key.
53  *                      Doesn't check whether it already exists.
54  *  HASH_WANT_LOOKUP    node *lookup(key) -- find node with given key,
55  *                      if it doesn't exist, create it. Defining
56  *                      HASH_GIVE_INIT_DATA is strongly recommended.
57  *  HASH_WANT_DELETE    int delete(key) -- delete and deallocate node
58  *                      with given key. Returns success.
59  *  HASH_WANT_REMOVE    remove(node *) -- delete and deallocate given node.
60  *
61  *  You can also supply several functions:
62  *
63  *  HASH_GIVE_HASHFN    unsigned int hash(key) -- calculate hash value of key.
64  *                      We have sensible default hash functions for strings
65  *                      and integers.
66  *  HASH_GIVE_EQ        int eq(key1, key2) -- return whether keys are equal.
67  *                      By default, we use == for atomic types and either
68  *                      strcmp or strcasecmp for strings.
69  *  HASH_GIVE_EXTRA_SIZE int extra_size(key) -- returns how many bytes after the
70  *                      node should be allocated for dynamic data. Default=0
71  *                      or length of the string with HASH_KEY_ENDSTRING.
72  *  HASH_GIVE_INIT_KEY  void init_key(node *,key) -- initialize key in a newly
73  *                      created node. Defaults: assignment for atomic keys
74  *                      and static strings, strcpy for end-allocated strings.
75  *  HASH_GIVE_INIT_DATA void init_data(node *) -- initialize data fields in a
76  *                      newly created node. Very useful for lookup operations.
77  *  HASH_GIVE_ALLOC     void *alloc(unsigned int size) -- allocate space for
78  *                      a node. Default is xmalloc() or pooled allocation, depending
79  *                      on HASH_USE_POOL and HASH_AUTO_POOL switches.
80  *                      void free(void *) -- the converse.
81  *
82  *  ... and a couple of extra parameters:
83  *
84  *  HASH_NOCASE         String comparisons should be case-insensitive.
85  *  HASH_DEFAULT_SIZE=n Initially, use hash table of approx. `n' entries.
86  *  HASH_CONSERVE_SPACE Use as little space as possible.
87  *  HASH_FN_BITS=n      The hash function gives only `n' significant bits.
88  *  HASH_ATOMIC_TYPE=t  Atomic values are of type `t' instead of int.
89  *  HASH_USE_POOL=pool  Allocate all nodes from given mempool. Note, however, that
90  *                      deallocation is not supported by mempools, so delete/remove
91  *                      will leak pool memory.
92  *  HASH_AUTO_POOL=size Create a pool of the given block size automatically.
93  *  HASH_TABLE_ALLOC    The hash table itself will be allocated and freed using
94  *                      the same allocation functions as the nodes instead of
95  *                      the default xmalloc().
96  *  HASH_TABLE_DYNAMIC  Support multiple hash tables; the first parameter of all
97  *                      hash table operations is struct HASH_PREFIX(table) *.
98  *
99  *  You also get a iterator macro at no extra charge:
100  *
101  *  HASH_FOR_ALL(hash_prefix, variable)
102  *    {
103  *      // node *variable gets declared automatically
104  *      do_something_with_node(variable);
105  *      // use HASH_BREAK and HASH_CONTINUE instead of break and continue
106  *      // you must not alter contents of the hash table here
107  *    }
108  *  HASH_END_FOR;
109  *
110  *  (For dynamic tables, use HASH_FOR_ALL_DYNAMIC(hash_prefix, hash_table, variable) instead.)
111  *
112  *  Then include "lib/hashtable.h" and voila, you have a hash table
113  *  suiting all your needs (at least those which you've revealed :) ).
114  *
115  *  After including this file, all parameter macros are automatically
116  *  undef'd.
117  */
118
119 #ifndef _UCW_HASHFUNC_H
120 #include "lib/hashfunc.h"
121 #endif
122
123 #include <string.h>
124
125 /* Initial setup of parameters */
126
127 #if !defined(HASH_NODE) || !defined(HASH_PREFIX)
128 #error Some of the mandatory configuration macros are missing.
129 #endif
130
131 #if defined(HASH_KEY_ATOMIC) && !defined(HASH_CONSERVE_SPACE)
132 #define HASH_CONSERVE_SPACE
133 #endif
134
135 #define P(x) HASH_PREFIX(x)
136
137 /* Declare buckets and the hash table */
138
139 typedef HASH_NODE P(node);
140
141 typedef struct P(bucket) {
142   struct P(bucket) *next;
143 #ifndef HASH_CONSERVE_SPACE
144   uns hash;
145 #endif
146   P(node) n;
147 } P(bucket);
148
149 struct P(table) {
150   uns hash_size;
151   uns hash_count, hash_max, hash_min, hash_hard_max;
152   P(bucket) **ht;
153 };
154
155 #ifdef HASH_TABLE_DYNAMIC
156 #define T (*table)
157 #define TA struct P(table) *table
158 #define TAC TA,
159 #define TAU TA UNUSED
160 #define TAUC TA UNUSED,
161 #define TT table
162 #define TTC table,
163 #else
164 struct P(table) P(table);
165 #define T P(table)
166 #define TA void
167 #define TAC
168 #define TAU void
169 #define TAUC
170 #define TT
171 #define TTC
172 #endif
173
174 /* Preset parameters */
175
176 #if defined(HASH_KEY_ATOMIC)
177
178 #define HASH_KEY(x) x HASH_KEY_ATOMIC
179
180 #ifndef HASH_ATOMIC_TYPE
181 #  define HASH_ATOMIC_TYPE int
182 #endif
183 #define HASH_KEY_DECL HASH_ATOMIC_TYPE HASH_KEY( )
184
185 #ifndef HASH_GIVE_HASHFN
186 #  define HASH_GIVE_HASHFN
187    static inline int P(hash) (TAUC HASH_ATOMIC_TYPE x)
188    { return ((sizeof(x) <= 4) ? hash_u32(x) : hash_u64(x)); }
189 #endif
190
191 #ifndef HASH_GIVE_EQ
192 #  define HASH_GIVE_EQ
193    static inline int P(eq) (TAUC HASH_ATOMIC_TYPE x, HASH_ATOMIC_TYPE y)
194    { return x == y; }
195 #endif
196
197 #ifndef HASH_GIVE_INIT_KEY
198 #  define HASH_GIVE_INIT_KEY
199    static inline void P(init_key) (TAUC P(node) *n, HASH_ATOMIC_TYPE k)
200    { HASH_KEY(n->) = k; }
201 #endif
202
203 #elif defined(HASH_KEY_STRING) || defined(HASH_KEY_ENDSTRING)
204
205 #ifdef HASH_KEY_STRING
206 #  define HASH_KEY(x) x HASH_KEY_STRING
207 #  ifndef HASH_GIVE_INIT_KEY
208 #    define HASH_GIVE_INIT_KEY
209      static inline void P(init_key) (TAUC P(node) *n, char *k)
210      { HASH_KEY(n->) = k; }
211 #  endif
212 #else
213 #  define HASH_KEY(x) x HASH_KEY_ENDSTRING
214 #  define HASH_GIVE_EXTRA_SIZE
215    static inline int P(extra_size) (TAUC char *k)
216    { return strlen(k); }
217 #  ifndef HASH_GIVE_INIT_KEY
218 #    define HASH_GIVE_INIT_KEY
219      static inline void P(init_key) (TAUC P(node) *n, char *k)
220      { strcpy(HASH_KEY(n->), k); }
221 #  endif
222 #endif
223 #define HASH_KEY_DECL char *HASH_KEY( )
224
225 #ifndef HASH_GIVE_HASHFN
226 #define HASH_GIVE_HASHFN
227   static inline uns P(hash) (TAUC char *k)
228    {
229 #    ifdef HASH_NOCASE
230        return hash_string_nocase(k);
231 #    else
232        return hash_string(k);
233 #    endif
234    }
235 #endif
236
237 #ifndef HASH_GIVE_EQ
238 #  define HASH_GIVE_EQ
239    static inline int P(eq) (TAUC char *x, char *y)
240    {
241 #    ifdef HASH_NOCASE
242        return !strcasecmp(x,y);
243 #    else
244        return !strcmp(x,y);
245 #    endif
246    }
247 #endif
248
249 #elif defined(HASH_KEY_COMPLEX)
250
251 #define HASH_KEY(x) HASH_KEY_COMPLEX(x)
252
253 #else
254 #error You forgot to set the hash key type.
255 #endif
256
257 /* Defaults for missing parameters */
258
259 #ifndef HASH_GIVE_HASHFN
260 #error Unable to determine which hash function to use.
261 #endif
262
263 #ifndef HASH_GIVE_EQ
264 #error Unable to determine how to compare two keys.
265 #endif
266
267 #ifdef HASH_GIVE_EXTRA_SIZE
268 /* This trickery is needed to avoid `unused parameter' warnings */
269 #define HASH_EXTRA_SIZE(x) P(extra_size)(TTC x)
270 #else
271 /*
272  *  Beware, C macros are expanded iteratively, not recursively,
273  *  hence we get only a _single_ argument, although the expansion
274  *  of HASH_KEY contains commas.
275  */
276 #define HASH_EXTRA_SIZE(x) 0
277 #endif
278
279 #ifndef HASH_GIVE_INIT_KEY
280 #error Unable to determine how to initialize keys.
281 #endif
282
283 #ifndef HASH_GIVE_INIT_DATA
284 static inline void P(init_data) (TAUC P(node) *n UNUSED)
285 {
286 }
287 #endif
288
289 #include <stdlib.h>
290
291 #ifdef HASH_GIVE_ALLOC
292 /* If the caller has requested to use his own allocation functions, do so */
293 static inline void P(init_alloc) (TAU) { }
294 static inline void P(cleanup_alloc) (TAU) { }
295
296 #elif defined(HASH_USE_POOL)
297 /* If the caller has requested to use his mempool, do so */
298 #include "lib/mempool.h"
299 static inline void * P(alloc) (TAUC unsigned int size) { return mp_alloc_fast(HASH_USE_POOL, size); }
300 static inline void P(free) (TAUC void *x UNUSED) { }
301 static inline void P(init_alloc) (TAU) { }
302 static inline void P(cleanup_alloc) (TAU) { }
303
304 #elif defined(HASH_AUTO_POOL)
305 /* Use our own pools */
306 #include "lib/mempool.h"
307 static struct mempool *P(pool);
308 static inline void * P(alloc) (TAUC unsigned int size) { return mp_alloc_fast(P(pool), size); }
309 static inline void P(free) (TAUC void *x UNUSED) { }
310 static inline void P(init_alloc) (TAU) { P(pool) = mp_new(HASH_AUTO_POOL); }
311 static inline void P(cleanup_alloc) (TAU) { mp_delete(P(pool)); }
312
313 #else
314 /* The default allocation method */
315 static inline void * P(alloc) (TAUC unsigned int size) { return xmalloc(size); }
316 static inline void P(free) (TAUC void *x) { xfree(x); }
317 static inline void P(init_alloc) (TAU) { }
318 static inline void P(cleanup_alloc) (TAU) { }
319
320 #endif
321
322 #ifdef HASH_TABLE_ALLOC
323 static inline void * P(table_alloc) (TAUC unsigned int size) { return P(alloc)(size); }
324 static inline void P(table_free) (TAUC void *x) { P(free)(x); }
325 #else
326 static inline void * P(table_alloc) (TAUC unsigned int size) { return xmalloc(size); }
327 static inline void P(table_free) (TAUC void *x) { xfree(x); }
328 #endif
329
330 #ifndef HASH_DEFAULT_SIZE
331 #define HASH_DEFAULT_SIZE 32
332 #endif
333
334 #ifndef HASH_FN_BITS
335 #define HASH_FN_BITS 32
336 #endif
337
338 /* Now the operations */
339
340 static void P(alloc_table) (TAU)
341 {
342   T.hash_size = nextprime(T.hash_size);
343   T.ht = P(table_alloc)(TTC sizeof(void *) * T.hash_size);
344   bzero(T.ht, sizeof(void *) * T.hash_size);
345   if (2*T.hash_size < T.hash_hard_max)
346     T.hash_max = 2*T.hash_size;
347   else
348     T.hash_max = ~0U;
349   if (T.hash_size/2 > HASH_DEFAULT_SIZE)
350     T.hash_min = T.hash_size/4;
351   else
352     T.hash_min = 0;
353 }
354
355 static void P(init) (TA)
356 {
357   T.hash_count = 0;
358   T.hash_size = HASH_DEFAULT_SIZE;
359 #if HASH_FN_BITS < 28
360   T.hash_hard_max = 1 << HASH_FN_BITS;
361 #else
362   T.hash_hard_max = 1 << 28;
363 #endif
364   P(alloc_table)(TT);
365   P(init_alloc)(TT);
366 }
367
368 #ifdef HASH_WANT_CLEANUP
369 static void P(cleanup) (TA)
370 {
371 #ifndef HASH_USE_POOL
372   uns i;
373   P(bucket) *b, *bb;
374
375   for (i=0; i<T.hash_size; i++)
376     for (b=T.ht[i]; b; b=bb)
377       {
378         bb = b->next;
379         P(free)(TTC b);
380       }
381 #endif
382   P(cleanup_alloc)(TT);
383   P(table_free)(TTC T.ht);
384 }
385 #endif
386
387 static inline uns P(bucket_hash) (TAUC P(bucket) *b)
388 {
389 #ifdef HASH_CONSERVE_SPACE
390   return P(hash)(TTC HASH_KEY(b->n.));
391 #else
392   return b->hash;
393 #endif
394 }
395
396 static void P(rehash) (TAC uns size)
397 {
398   P(bucket) *b, *nb;
399   P(bucket) **oldt = T.ht, **newt;
400   uns oldsize = T.hash_size;
401   uns i, h;
402
403   DBG("Rehashing %d->%d at count %d", oldsize, size, T.hash_count);
404   T.hash_size = size;
405   P(alloc_table)(TT);
406   newt = T.ht;
407   for (i=0; i<oldsize; i++)
408     {
409       b = oldt[i];
410       while (b)
411         {
412           nb = b->next;
413           h = P(bucket_hash)(TTC b) % T.hash_size;
414           b->next = newt[h];
415           newt[h] = b;
416           b = nb;
417         }
418     }
419   P(table_free)(TTC oldt);
420 }
421
422 #ifdef HASH_WANT_FIND
423 static P(node) * P(find) (TAC HASH_KEY_DECL)
424 {
425   uns h0 = P(hash) (TTC HASH_KEY( ));
426   uns h = h0 % T.hash_size;
427   P(bucket) *b;
428
429   for (b=T.ht[h]; b; b=b->next)
430     {
431       if (
432 #ifndef HASH_CONSERVE_SPACE
433           b->hash == h0 &&
434 #endif
435           P(eq)(TTC HASH_KEY( ), HASH_KEY(b->n.)))
436         return &b->n;
437     }
438   return NULL;
439 }
440 #endif
441
442 #ifdef HASH_WANT_FIND_NEXT
443 static P(node) * P(find_next) (TAC P(node) *start)
444 {
445 #ifndef HASH_CONSERVE_SPACE
446   uns h0 = P(hash) (TTC HASH_KEY(start->));
447 #endif
448   P(bucket) *b = SKIP_BACK(P(bucket), n, start);
449
450   for (b=b->next; b; b=b->next)
451     {
452       if (
453 #ifndef HASH_CONSERVE_SPACE
454           b->hash == h0 &&
455 #endif
456           P(eq)(TTC HASH_KEY(start->), HASH_KEY(b->n.)))
457         return &b->n;
458     }
459   return NULL;
460 }
461 #endif
462
463 #ifdef HASH_WANT_NEW
464 static P(node) * P(new) (TAC HASH_KEY_DECL)
465 {
466   uns h0, h;
467   P(bucket) *b;
468
469   h0 = P(hash) (TTC HASH_KEY( ));
470   h = h0 % T.hash_size;
471   b = P(alloc) (TTC sizeof(struct P(bucket)) + HASH_EXTRA_SIZE(HASH_KEY( )));
472   b->next = T.ht[h];
473   T.ht[h] = b;
474 #ifndef HASH_CONSERVE_SPACE
475   b->hash = h0;
476 #endif
477   P(init_key)(TTC &b->n, HASH_KEY( ));
478   P(init_data)(TTC &b->n);
479   if (T.hash_count++ >= T.hash_max)
480     P(rehash)(TTC 2*T.hash_size);
481   return &b->n;
482 }
483 #endif
484
485 #ifdef HASH_WANT_LOOKUP
486 static P(node) * P(lookup) (TAC HASH_KEY_DECL)
487 {
488   uns h0 = P(hash) (TTC HASH_KEY( ));
489   uns h = h0 % T.hash_size;
490   P(bucket) *b;
491
492   for (b=T.ht[h]; b; b=b->next)
493     {
494       if (
495 #ifndef HASH_CONSERVE_SPACE
496           b->hash == h0 &&
497 #endif
498           P(eq)(TTC HASH_KEY( ), HASH_KEY(b->n.)))
499         return &b->n;
500     }
501
502   b = P(alloc) (TTC sizeof(struct P(bucket)) + HASH_EXTRA_SIZE(HASH_KEY( )));
503   b->next = T.ht[h];
504   T.ht[h] = b;
505 #ifndef HASH_CONSERVE_SPACE
506   b->hash = h0;
507 #endif
508   P(init_key)(TTC &b->n, HASH_KEY( ));
509   P(init_data)(TTC &b->n);
510   if (T.hash_count++ >= T.hash_max)
511     P(rehash)(TTC 2*T.hash_size);
512   return &b->n;
513 }
514 #endif
515
516 #ifdef HASH_WANT_DELETE
517 static int P(delete) (TAC HASH_KEY_DECL)
518 {
519   uns h0 = P(hash) (TTC HASH_KEY( ));
520   uns h = h0 % T.hash_size;
521   P(bucket) *b, **bb;
522
523   for (bb=&T.ht[h]; b=*bb; bb=&b->next)
524     {
525       if (
526 #ifndef HASH_CONSERVE_SPACE
527           b->hash == h0 &&
528 #endif
529           P(eq)(TTC HASH_KEY( ), HASH_KEY(b->n.)))
530         {
531           *bb = b->next;
532           P(free)(TTC b);
533           if (--T.hash_count < T.hash_min)
534             P(rehash)(TTC T.hash_size/2);
535           return 1;
536         }
537     }
538   return 0;
539 }
540 #endif
541
542 #ifdef HASH_WANT_REMOVE
543 static void P(remove) (TAC P(node) *n)
544 {
545   P(bucket) *x = SKIP_BACK(struct P(bucket), n, n);
546   uns h0 = P(bucket_hash)(TTC x);
547   uns h = h0 % T.hash_size;
548   P(bucket) *b, **bb;
549
550   for (bb=&T.ht[h]; (b=*bb) && b != x; bb=&b->next)
551     ;
552   ASSERT(b);
553   *bb = b->next;
554   P(free)(TTC b);
555   if (--T.hash_count < T.hash_min)
556     P(rehash)(TTC T.hash_size/2);
557 }
558 #endif
559
560 /* And the iterator */
561
562 #ifndef HASH_FOR_ALL
563
564 #define HASH_FOR_ALL_DYNAMIC(h_px, h_table, h_var)                                      \
565 do {                                                                                    \
566   uns h_slot;                                                                           \
567   struct GLUE_(h_px,bucket) *h_buck;                                                    \
568   for (h_slot=0; h_slot < (h_table)->hash_size; h_slot++)                               \
569     for (h_buck = (h_table)->ht[h_slot]; h_buck; h_buck = h_buck->next)                 \
570       {                                                                                 \
571         GLUE_(h_px,node) *h_var = &h_buck->n;
572 #define HASH_FOR_ALL(h_px, h_var) HASH_FOR_ALL_DYNAMIC(h_px, &GLUE_(h_px,table), h_var)
573 #define HASH_END_FOR } } while(0)
574 #define HASH_BREAK 
575 #define HASH_CONTINUE continue
576
577 #endif
578
579 /* Finally, undefine all the parameters */
580
581 #undef P
582 #undef T
583 #undef TA
584 #undef TAC
585 #undef TAU
586 #undef TAUC
587 #undef TT
588 #undef TTC
589
590 #undef HASH_ATOMIC_TYPE
591 #undef HASH_CONSERVE_SPACE
592 #undef HASH_DEFAULT_SIZE
593 #undef HASH_EXTRA_SIZE
594 #undef HASH_FN_BITS
595 #undef HASH_GIVE_ALLOC
596 #undef HASH_GIVE_EQ
597 #undef HASH_GIVE_EXTRA_SIZE
598 #undef HASH_GIVE_HASHFN
599 #undef HASH_GIVE_INIT_DATA
600 #undef HASH_GIVE_INIT_KEY
601 #undef HASH_KEY
602 #undef HASH_KEY_ATOMIC
603 #undef HASH_KEY_COMPLEX
604 #undef HASH_KEY_DECL
605 #undef HASH_KEY_ENDSTRING
606 #undef HASH_KEY_STRING
607 #undef HASH_NOCASE
608 #undef HASH_NODE
609 #undef HASH_PREFIX
610 #undef HASH_USE_POOL
611 #undef HASH_AUTO_POOL
612 #undef HASH_WANT_CLEANUP
613 #undef HASH_WANT_DELETE
614 #undef HASH_WANT_FIND
615 #undef HASH_WANT_FIND_NEXT
616 #undef HASH_WANT_LOOKUP
617 #undef HASH_WANT_NEW
618 #undef HASH_WANT_REMOVE
619 #undef HASH_TABLE_ALLOC
620 #undef HASH_TABLE_DYNAMIC