lib/redblack.h

   1 /*
   2  *      Red-black trees
   3  *
   4  *      (c) 2002, Robert Spalek <robert@ucw.cz>
   5  *
   6  *      Skeleton based on hash-tables by:
   7  *
   8  *      (c) 2002, Martin Mares <mj@ucw.cz>
   9  *
  10  */
  11
  12 /*
  13  * Data structure description:
  14  *
  15  * A red-black tree is a binary search tree, where records are stored
  16  * in nodes (may be also leaves).  Every node has a colour.  The
  17  * following restrictions hold:
  18  *
  19  * - a parent of a red node is black
  20  * - every path from the root to a node with less than 2 children
  21  *   contains the same number of black nodes
  22  *
  23  * A usual interpretation is, that leaves are intervals between records
  24  * and contain no data.  Every leaf is black.  This is equivalent, but
  25  * saves the space.
  26  */
  27
  28 /*
  29  *  This is not a normal header file, it's a generator of red-black trees.
  30  *  Each time you include it with parameters set in the corresponding
  31  *  preprocessor macros, it generates a tree structure with the parameters
  32  *  given.
  33  *
  34  *  You need to specify:
  35  *
  36  *  TREE_NODE           data type where a node dwells (usually a struct).
  37  *  TREE_PREFIX(x)      macro to add a name prefix (used on all global names
  38  *                      defined by the tree generator).
  39  *
  40  *  Then decide on type of keys:
  41  *
  42  *  TREE_KEY_ATOMIC=f   use node->f as a key of an atomic type (i.e.,
  43  *                      a type which can be compared using '>', `==', and '<')
  44  *                      & TREE_ATOMIC_TYPE (defaults to int).
  45  *  | TREE_KEY_STRING=f use node->f as a string key, allocated
  46  *                      separately from the rest of the node.
  47  *  | TREE_KEY_ENDSTRING=f use node->f as a string key, allocated
  48  *                      automatically at the end of the node struct
  49  *                      (to be declared as "char f[1]" at the end).
  50  *  | TREE_KEY_COMPLEX  use a multi-component key; as the name suggests,
  51  *                      the passing of parameters is a bit complex then.
  52  *                      The TREE_KEY_COMPLEX(x) macro should expand to
  53  *                      `x k1, x k2, ... x kn' and you should also define:
  54  *    & TREE_KEY_DECL   declaration of function parameters in which key
  55  *                      should be passed to all tree operations.
  56  *                      That is, `type1 k1, type2 k2, ... typen kn'.
  57  *                      With complex keys, TREE_GIVE_CMP is mandatory.
  58  *
  59  *  Then specify what operations you request (all names are automatically
  60  *  prefixed by calling TREE_PREFIX):
  61  *
  62  *  <always defined>    init() -- initialize the tree.
  63  *  TREE_WANT_CLEANUP   cleanup() -- deallocate the tree.
  64  *  TREE_WANT_FIND      node *find(key) -- find first node with the specified
  65  *                      key, return NULL if no such node exists.
  66  *  TREE_WANT_FIND_NEXT node *find_next(node *start) -- find next node with the
  67  *                      specified key, return NULL if no such node exists.
  68  *                      Implies TREE_DUPLICATES.
  69  *  TREE_WANT_SEARCH    node *search(key) -- find the node with the specified
  70  *                      or, if it does not exist, the nearest one.
  71  *  TREE_WANT_ADJACENT  node *adjacent(node *, uns direction) -- finds next
  72  *                      (direction==1) or previous (direction==0) node.
  73  *  TREE_WANT_NEW       node *new(key) -- create new node with given key.
  74  *                      If it already exists, it is created as the last one.
  75  *  TREE_WANT_LOOKUP    node *lookup(key) -- find node with given key,
  76  *                      if it doesn't exist, create it. Defining
  77  *                      TREE_GIVE_INIT_DATA is strongly recommended.
  78  *  TREE_WANT_DELETE    int delete(key) -- delete and deallocate node
  79  *                      with a given key. Returns success.
  80  *  TREE_WANT_REMOVE    remove(node *) -- delete and deallocate given node.
  81  *
  82  *  TREE_WANT_DUMP      dump() -- dumps the whole tree to stdout
  83  *
  84  *  You can also supply several functions:
  85  *
  86  *  TREE_GIVE_CMP       int cmp(key1, key2) -- return -1, 0, and 1 according to
  87  *                      the relation of keys.  By default, we use <, ==, > for
  88  *                      atomic types and either strcmp or strcasecmp for
  89  *                      strings.
  90  *  TREE_GIVE_EXTRA_SIZE int extra_size(key) -- returns how many bytes after the
  91  *                      node should be allocated for dynamic data. Default=0
  92  *                      or length of the string with TREE_KEY_ENDSTRING.
  93  *  TREE_GIVE_INIT_KEY  void init_key(node *,key) -- initialize key in a newly
  94  *                      created node. Defaults: assignment for atomic keys
  95  *                      and static strings, strcpy for end-allocated strings.
  96  *  TREE_GIVE_INIT_DATA void init_data(node *) -- initialize data fields in a
  97  *                      newly created node. Very useful for lookup operations.
  98  *  TREE_GIVE_ALLOC     void *alloc(unsigned int size) -- allocate space for
  99  *                      a node. Default is either normal or pooled allocation
 100  *                      depending on whether we want deletions.
 101  *                      void free(void *) -- the converse.
 102  *
 103  *  ... and a couple of extra parameters:
 104  *
 105  *  TREE_NOCASE         string comparisons should be case-insensitive.
 106  *  TREE_ATOMIC_TYPE=t  Atomic values are of type `t' instead of int.
 107  *  TREE_USE_POOL=pool  Allocate all nodes from given mempool.
 108  *                      Collides with delete/remove functions.
 109  *  TREE_GLOBAL         Functions are exported (i.e., not static).
 110  *  TREE_CONSERVE_SPACE Use as little space as possible at the price of a
 111  *                      little slowdown.
 112  *  TREE_DUPLICATES     Records with duplicate keys are allowed.
 113  *  TREE_MAX_DEPTH      Maximal depth of a tree (for stack allocation).
 114  *
 115  *  If you set TREE_WANT_ITERATOR, you also get a iterator macro at no
 116  *  extra charge:
 117  *
 118  *  TREE_FOR_ALL(tree_prefix, tree_pointer, variable)
 119  *    {
 120  *      // node *variable gets declared automatically
 121  *      do_something_with_node(variable);
 122  *      // use TREE_BREAK and TREE_CONTINUE instead of break and continue
 123  *      // you must not alter contents of the tree here
 124  *    }
 125  *  TREE_END_FOR;
 126  *
 127  *  Then include "lib/redblack.h" and voila, you have a tree suiting all your
 128  *  needs (at least those which you've revealed :) ).
 129  *
 130  *  After including this file, all parameter macros are automatically
 131  *  undef'd.
 132  */
 133
 134 #include <string.h>
 135
 136 #if !defined(TREE_NODE) || !defined(TREE_PREFIX)
 137 #error Some of the mandatory configuration macros are missing.
 138 #endif
 139
 140 #define P(x) TREE_PREFIX(x)
 141
 142 /* Declare buckets and the tree.  */
 143
 144 typedef TREE_NODE P(node);
 145
 146 #if defined(TREE_WANT_FIND_NEXT) || defined(TREE_WANT_ADJACENT) || defined(TREE_WANT_ITERATOR) || defined(TREE_WANT_REMOVE)
 147 #       define TREE_STORE_PARENT
 148 #endif
 149
 150 typedef struct P(bucket) {
 151         struct P(bucket) *son[2];
 152 #ifdef TREE_STORE_PARENT
 153         struct P(bucket) *parent;
 154 #endif
 155 #if !defined(TREE_CONSERVE_SPACE) && (defined(TREE_GIVE_EXTRA_SIZE) || defined(TREE_KEY_ENDSTRING))
 156         uns red_flag:1;
 157 #endif
 158         P(node) n;
 159 #if !defined(TREE_CONSERVE_SPACE) && !defined(TREE_GIVE_EXTRA_SIZE) && !defined(TREE_KEY_ENDSTRING)
 160         uns red_flag:1;
 161 #endif
 162 } P(bucket);
 163
 164 struct P(tree) {
 165         uns count;
 166         uns height;                     /* of black nodes */
 167         P(bucket) *root;
 168 };
 169
 170 typedef struct P(stack_entry) {
 171         P(bucket) *buck;
 172         uns son;
 173 } P(stack_entry);
 174
 175 #define T struct P(tree)
 176
 177 /* Preset parameters */
 178
 179 #if defined(TREE_KEY_ATOMIC)
 180
 181 #define TREE_KEY(x) x TREE_KEY_ATOMIC
 182
 183 #ifndef TREE_ATOMIC_TYPE
 184 #       define TREE_ATOMIC_TYPE int
 185 #endif
 186 #define TREE_KEY_DECL TREE_ATOMIC_TYPE TREE_KEY()
 187
 188 #ifndef TREE_GIVE_CMP
 189 #       define TREE_GIVE_CMP
 190         static inline int P(cmp) (TREE_ATOMIC_TYPE x, TREE_ATOMIC_TYPE y)
 191         {
 192                 if (x < y)
 193                         return -1;
 194                 else if (x > y)
 195                         return 1;
 196                 else
 197                         return 0;
 198         }
 199 #endif
 200
 201 #ifndef TREE_GIVE_INIT_KEY
 202 #       define TREE_GIVE_INIT_KEY
 203         static inline void P(init_key) (P(node) *n, TREE_ATOMIC_TYPE k)
 204         { TREE_KEY(n->) = k; }
 205 #endif
 206
 207 #elif defined(TREE_KEY_STRING) || defined(TREE_KEY_ENDSTRING)
 208
 209 #ifdef TREE_KEY_STRING
 210 #       define TREE_KEY(x) x TREE_KEY_STRING
 211 #       ifndef TREE_GIVE_INIT_KEY
 212 #               define TREE_GIVE_INIT_KEY
 213                 static inline void P(init_key) (P(node) *n, char *k)
 214                 { TREE_KEY(n->) = k; }
 215 #       endif
 216 #else
 217 #       define TREE_KEY(x) x TREE_KEY_ENDSTRING
 218 #       define TREE_GIVE_EXTRA_SIZE
 219         static inline int P(extra_size) (char *k)
 220         { return strlen(k); }
 221 #       ifndef TREE_GIVE_INIT_KEY
 222 #               define TREE_GIVE_INIT_KEY
 223                 static inline void P(init_key) (P(node) *n, char *k)
 224                 { strcpy(TREE_KEY(n->), k); }
 225 #       endif
 226 #endif
 227 #define TREE_KEY_DECL char *TREE_KEY()
 228
 229 #ifndef TREE_GIVE_CMP
 230 #       define TREE_GIVE_CMP
 231         static inline int P(cmp) (char *x, char *y)
 232         {
 233 #               ifdef TREE_NOCASE
 234                         return strcasecmp(x,y);
 235 #               else
 236                         return strcmp(x,y);
 237 #               endif
 238         }
 239 #endif
 240
 241 #elif defined(TREE_KEY_COMPLEX)
 242
 243 #define TREE_KEY(x) TREE_KEY_COMPLEX(x)
 244
 245 #else
 246 #error You forgot to set the tree key type.
 247 #endif
 248
 249 #ifndef TREE_CONSERVE_SPACE
 250         static inline uns P(red_flag) (P(bucket) *node)
 251         { return node->red_flag; }
 252         static inline void P(set_red_flag) (P(bucket) *node, uns flag)
 253         { node->red_flag = flag; }
 254         static inline P(bucket) * P(tree_son) (P(bucket) *node, uns id)
 255         { return node->son[id]; }
 256         static inline void P(set_tree_son) (P(bucket) *node, uns id, P(bucket) *son)
 257         { node->son[id] = son; }
 258 #else
 259         /* Pointers are aligned, hence we can use lower bits.  */
 260         static inline uns P(red_flag) (P(bucket) *node)
 261         { return ((addr_int_t) node->son[0]) & 1L; }
 262         static inline void P(set_red_flag) (P(bucket) *node, uns flag)
 263         { (addr_int_t) node->son[0] = (((addr_int_t) node->son[0]) & ~1L) | (flag & 1L); }
 264         static inline P(bucket) * P(tree_son) (P(bucket) *node, uns id)
 265         { return (void *) (((addr_int_t) node->son[id]) & ~1L); }
 266         static inline void P(set_tree_son) (P(bucket) *node, uns id, P(bucket) *son)
 267         { node->son[id] = (void *) ((addr_int_t) son | (((addr_int_t) node->son[id]) & 1L) ); }
 268 #endif
 269
 270 /* Defaults for missing parameters.  */
 271
 272 #ifndef TREE_GIVE_CMP
 273 #error Unable to determine how to compare two keys.
 274 #endif
 275
 276 #ifdef TREE_GIVE_EXTRA_SIZE
 277 /* This trickery is needed to avoid `unused parameter' warnings */
 278 #       define TREE_EXTRA_SIZE P(extra_size)
 279 #else
 280 /*
 281  *  Beware, C macros are expanded iteratively, not recursively,
 282  *  hence we get only a _single_ argument, although the expansion
 283  *  of TREE_KEY contains commas.
 284  */
 285 #       define TREE_EXTRA_SIZE(x) 0
 286 #endif
 287
 288 #ifndef TREE_GIVE_INIT_KEY
 289 #       error Unable to determine how to initialize keys.
 290 #endif
 291
 292 #ifndef TREE_GIVE_INIT_DATA
 293 static inline void P(init_data) (P(node) *n UNUSED)
 294 {
 295 }
 296 #endif
 297
 298 #include <stdlib.h>
 299
 300 #ifndef TREE_GIVE_ALLOC
 301 #       ifdef TREE_USE_POOL
 302                 static inline void * P(alloc) (unsigned int size)
 303                 { return mp_alloc_fast(TREE_USE_POOL, size); }
 304 #               define TREE_SAFE_FREE(x)
 305 #       else
 306                 static inline void * P(alloc) (unsigned int size)
 307                 { return xmalloc(size); }
 308
 309                 static inline void P(free) (void *x)
 310                 { xfree(x); }
 311 #       endif
 312 #endif
 313
 314 #ifndef TREE_SAFE_FREE
 315 #       define TREE_SAFE_FREE(x)        P(free) (x)
 316 #endif
 317
 318 #ifdef TREE_GLOBAL
 319 #       define STATIC
 320 #else
 321 #       define STATIC static
 322 #endif
 323
 324 #ifndef TREE_MAX_DEPTH
 325 #       define TREE_MAX_DEPTH 64
 326 #endif
 327
 328 #if defined(TREE_WANT_FIND_NEXT) && !defined(TREE_DUPLICATES)
 329 #       define TREE_DUPLICATES
 330 #endif
 331
 332 #ifdef TREE_WANT_LOOKUP
 333 #ifndef TREE_WANT_FIND
 334 #       define TREE_WANT_FIND
 335 #endif
 336 #ifndef TREE_WANT_NEW
 337 #       define TREE_WANT_NEW
 338 #endif
 339 #endif
 340
 341 /* Now the operations */
 342
 343 STATIC void P(init) (T *t)
 344 {
 345         t->count = t->height = 0;
 346         t->root = NULL;
 347 }
 348
 349 #ifdef TREE_WANT_CLEANUP
 350 static void P(cleanup_subtree) (T *t, P(bucket) *node)
 351 {
 352         if (!node)
 353                 return;
 354         P(cleanup_subtree) (t, P(tree_son) (node, 0));
 355         P(cleanup_subtree) (t, P(tree_son) (node, 1));
 356         P(free) (node);
 357         t->count--;
 358 }
 359
 360 STATIC void P(cleanup) (T *t)
 361 {
 362         P(cleanup_subtree) (t, t->root);
 363         ASSERT(!t->count);
 364         t->height = 0;
 365 }
 366 #endif
 367
 368 static uns P(fill_stack) (P(stack_entry) *stack, uns max_depth, P(bucket) *node, TREE_KEY_DECL, uns son_id UNUSED)
 369 {
 370         uns i;
 371         stack[0].buck = node;
 372         for (i=0; stack[i].buck; i++)
 373         {
 374                 int cmp;
 375                 cmp = P(cmp) (TREE_KEY(), TREE_KEY(stack[i].buck->n.));
 376                 if (cmp == 0)
 377                         break;
 378                 else if (cmp < 0)
 379                         stack[i].son = 0;
 380                 else
 381                         stack[i].son = 1;
 382                 ASSERT(i+1 < max_depth);
 383                 stack[i+1].buck = P(tree_son) (stack[i].buck, stack[i].son);
 384         }
 385 #ifdef TREE_DUPLICATES
 386         if (stack[i].buck)
 387         {
 388                 uns idx;
 389                 /* Find first/last of equal keys according to son_id.  */
 390                 idx = P(fill_stack) (stack+i+1, max_depth-i-1,
 391                         P(tree_son) (stack[i].buck, son_id), TREE_KEY(), son_id);
 392                 if (stack[i+1+idx].buck)
 393                 {
 394                         stack[i].son = son_id;
 395                         i = i+1+idx;
 396                 }
 397         }
 398 #endif
 399         stack[i].son = 10;
 400         return i;
 401 }
 402
 403 #ifdef TREE_WANT_FIND
 404 STATIC P(node) * P(find) (T *t, TREE_KEY_DECL)
 405 {
 406         P(stack_entry) stack[TREE_MAX_DEPTH];
 407         uns depth;
 408         depth = P(fill_stack) (stack, TREE_MAX_DEPTH, t->root, TREE_KEY(), 0);
 409         return stack[depth].buck ? &stack[depth].buck->n : NULL;
 410 }
 411 #endif
 412
 413 #ifdef TREE_STORE_PARENT
 414 STATIC P(node) * P(adjacent) (P(node) *start, uns direction)
 415 {
 416         P(bucket) *node = SKIP_BACK(P(bucket), n, start);
 417         P(bucket) *next = P(tree_son) (node, direction);
 418         if (next)
 419         {
 420                 while (1)
 421                 {
 422                         node = P(tree_son) (next, 1 - direction);
 423                         if (!node)
 424                                 break;
 425                         next = node;
 426                 }
 427         }
 428         else
 429         {
 430                 next = node->parent;
 431                 while (next && node == P(tree_son) (next, direction))
 432                 {
 433                         node = next;
 434                         next = node->parent;
 435                 }
 436                 if (!next)
 437                         return NULL;
 438                 ASSERT(node == P(tree_son) (next, 1 - direction));
 439         }
 440         return &next->n;
 441 }
 442 #endif
 443
 444 #if defined(TREE_DUPLICATES) || defined(TREE_WANT_DELETE) || defined(TREE_WANT_REMOVE)
 445 static int P(find_next_node) (P(stack_entry) *stack, uns max_depth, uns direction)
 446 {
 447         uns depth = 0;
 448         if (stack[0].buck)
 449         {
 450                 ASSERT(depth+1 < max_depth);
 451                 stack[depth].son = direction;
 452                 stack[depth+1].buck = P(tree_son) (stack[depth].buck, direction);
 453                 depth++;
 454                 while (stack[depth].buck)
 455                 {
 456                         ASSERT(depth+1 < max_depth);
 457                         stack[depth].son = 1 - direction;
 458                         stack[depth+1].buck = P(tree_son) (stack[depth].buck, 1 - direction);
 459                         depth++;
 460                 }
 461         }
 462         return depth;
 463 }
 464 #endif
 465
 466 #ifdef TREE_WANT_FIND_NEXT
 467 STATIC P(node) * P(find_next) (P(node) *start)
 468 {
 469         P(node) *next = P(adjacent) (start, 1);
 470         if (next && P(cmp) (TREE_KEY(start->), TREE_KEY(next->)) == 0)
 471                 return next;
 472         else
 473                 return NULL;
 474
 475 }
 476 #endif
 477
 478 #ifdef TREE_WANT_SEARCH
 479 STATIC P(node) * P(search) (T *t, TREE_KEY_DECL)
 480 {
 481         P(stack_entry) stack[TREE_MAX_DEPTH];
 482         uns depth;
 483         depth = P(fill_stack) (stack, TREE_MAX_DEPTH, t->root, TREE_KEY(), 0);
 484         if (!stack[depth].buck)
 485         {
 486                 if (depth > 0)
 487                         depth--;
 488                 else
 489                         return NULL;
 490         }
 491         return &stack[depth].buck->n;
 492 }
 493 #endif
 494
 495 #if 0
 496 #define TREE_TRACE(txt...) do { printf(txt); fflush(stdout); } while (0)
 497 #else
 498 #define TREE_TRACE(txt...)
 499 #endif
 500
 501 static inline P(bucket) * P(rotation) (P(bucket) *node, uns son_id)
 502 {
 503         /* Destroys red_flag's in node, son.  Returns new root.  */
 504         P(bucket) *son = P(tree_son) (node, son_id);
 505         TREE_TRACE("Rotation (node %d, son %d), direction %d\n", node->n.key, son->n.key, son_id);
 506         node->son[son_id] = P(tree_son) (son, 1-son_id);
 507         son->son[1-son_id] = node;
 508 #ifdef TREE_STORE_PARENT
 509         if (node->son[son_id])
 510                 node->son[son_id]->parent = node;
 511         son->parent = node->parent;
 512         node->parent = son;
 513 #endif
 514         return son;
 515 }
 516
 517 static void P(rotate_after_insert) (T *t, P(stack_entry) *stack, uns depth)
 518 {
 519         P(bucket) *node;
 520         P(bucket) *parent, *grand, *uncle;
 521         int s1, s2;
 522 try_it_again:
 523         node = stack[depth].buck;
 524         ASSERT(P(red_flag) (node));
 525         /* At this moment, node became red.  The paths sum have
 526          * been preserved, but we have to check the parental
 527          * condition.  */
 528         if (depth == 0)
 529         {
 530                 ASSERT(t->root == node);
 531                 return;
 532         }
 533         parent = stack[depth-1].buck;
 534         if (!P(red_flag) (parent))
 535                 return;
 536         if (depth == 1)
 537         {
 538                 ASSERT(t->root == parent);
 539                 P(set_red_flag) (parent, 0);
 540                 t->height++;
 541                 return;
 542         }
 543         grand = stack[depth-2].buck;
 544         ASSERT(!P(red_flag) (grand));
 545         /* The parent is also red, the grandparent exists and it
 546          * is black.  */
 547         s1 = stack[depth-1].son;
 548         s2 = stack[depth-2].son;
 549         uncle = P(tree_son) (grand, 1-s2);
 550         if (uncle && P(red_flag) (uncle))
 551         {
 552                 /* Red parent and uncle, black grandparent.
 553                  * Exchange and try another iteration. */
 554                 P(set_red_flag) (parent, 0);
 555                 P(set_red_flag) (uncle, 0);
 556                 P(set_red_flag) (grand, 1);
 557                 depth -= 2;
 558                 TREE_TRACE("Swapping colours (parent %d, uncle %d, grand %d), passing thru\n", parent->n.key, uncle->n.key, grand->n.key);
 559                 goto try_it_again;
 560         }
 561         /* Black uncle and grandparent, we need to rotate.  Test
 562          * the direction.  */
 563         if (s1 == s2)
 564         {
 565                 node = P(rotation) (grand, s2);
 566                 P(set_red_flag) (parent, 0);
 567                 P(set_red_flag) (grand, 1);
 568         }
 569         else
 570         {
 571                 grand->son[s2] = P(rotation) (parent, s1);
 572                 node = P(rotation) (grand, s2);
 573                 P(set_red_flag) (grand, 1);
 574                 P(set_red_flag) (parent, 1);
 575                 P(set_red_flag) (node, 0);
 576         }
 577         if (depth >= 3)
 578                 P(set_tree_son) (stack[depth-3].buck, stack[depth-3].son, node);
 579         else
 580                 t->root = node;
 581 }
 582
 583 #ifdef TREE_WANT_NEW
 584 STATIC P(node) * P(new) (T *t, TREE_KEY_DECL)
 585 {
 586         P(stack_entry) stack[TREE_MAX_DEPTH];
 587         P(bucket) *added;
 588         uns depth;
 589         depth = P(fill_stack) (stack, TREE_MAX_DEPTH, t->root, TREE_KEY(), 1);
 590 #ifdef TREE_DUPLICATES
 591         /* It is the last found value, hence everything in the right subtree is
 592          * strongly _bigger_.  */
 593         depth += P(find_next_node) (stack+depth, TREE_MAX_DEPTH-depth, 1);
 594 #endif
 595         ASSERT(!stack[depth].buck);
 596         /* We are in a leaf, hence we can easily append a new leaf to it.  */
 597         added = P(alloc) (sizeof(struct P(bucket)) + TREE_EXTRA_SIZE(TREE_KEY()) );
 598         added->son[0] = added->son[1] = NULL;
 599         stack[depth].buck = added;
 600         if (depth > 0)
 601         {
 602 #ifdef TREE_STORE_PARENT
 603                 added->parent = stack[depth-1].buck;
 604 #endif
 605                 P(set_tree_son) (stack[depth-1].buck, stack[depth-1].son, added);
 606         }
 607         else
 608         {
 609 #ifdef TREE_STORE_PARENT
 610                 added->parent = NULL;
 611 #endif
 612                 t->root = added;
 613         }
 614         P(set_red_flag) (added, 1);     /* Set it red to not disturb the path sum.  */
 615         P(init_key) (&added->n, TREE_KEY());
 616         P(init_data) (&added->n);
 617         t->count++;
 618         /* Let us reorganize the red_flag's and the structure of the tree.  */
 619         P(rotate_after_insert) (t, stack, depth);
 620         return &added->n;
 621 }
 622 #endif
 623
 624 #ifdef TREE_WANT_LOOKUP
 625 STATIC P(node) * P(lookup) (T *t, TREE_KEY_DECL)
 626 {
 627         P(node) *node;
 628         node = P(find) (t, TREE_KEY());
 629         if (node)
 630                 return node;
 631         return P(new) (t, TREE_KEY());
 632 }
 633 #endif
 634
 635 #if defined(TREE_WANT_REMOVE) || defined(TREE_WANT_DELETE)
 636 static void P(rotate_after_delete) (T *t, P(stack_entry) *stack, int depth)
 637 {
 638         uns iteration = 0;
 639         P(bucket) *parent, *sibling, *instead;
 640         uns parent_red, del_son, sibl_red;
 641 missing_black:
 642         if (depth < 0)
 643         {
 644                 t->height--;
 645                 return;
 646         }
 647         parent = stack[depth].buck;
 648         parent_red = P(red_flag) (parent);
 649         del_son = stack[depth].son;
 650         /* For the 1st iteration: we have deleted parent->son[del_son], which
 651          * was a black node with no son.  Hence there is one mising black
 652          * vertex in that path, which we are going to fix now.
 653          *
 654          * For other iterations: in that path, there is also missing a black
 655          * node.  */
 656         if (!iteration)
 657                 ASSERT(!P(tree_son) (parent, del_son));
 658         sibling = P(tree_son) (parent, 1-del_son);
 659         ASSERT(sibling);
 660         sibl_red = P(red_flag) (sibling);
 661         instead = NULL;
 662         if (!sibl_red)
 663         {
 664                 P(bucket) *son[2];
 665                 uns red[2];
 666                 son[0] = P(tree_son) (sibling, 0);
 667                 son[1] = P(tree_son) (sibling, 1);
 668                 red[0] = son[0] ? P(red_flag) (son[0]) : 0;
 669                 red[1] = son[1] ? P(red_flag) (son[1]) : 0;
 670                 if (!red[0] && !red[1])
 671                 {
 672                         P(set_red_flag) (sibling, 1);
 673                         P(set_red_flag) (parent, 0);
 674                         if (parent_red)
 675                                 return;
 676                         else
 677                         {
 678                                 depth--;
 679                                 iteration++;
 680                                 TREE_TRACE("Swapping colours (parent %d, sibling %d), passing thru\n", parent->n.key, sibling->n.key);
 681                                 goto missing_black;
 682                         }
 683                 } else if (!red[del_son])
 684                 {
 685                         instead = P(rotation) (parent, 1-del_son);
 686                         P(set_red_flag) (instead, parent_red);
 687                         P(set_red_flag) (parent, 0);
 688                         P(set_red_flag) (son[1-del_son], 0);
 689                 } else /* red[del_son] */
 690                 {
 691                         parent->son[1-del_son] = P(rotation) (sibling, del_son);
 692                         instead = P(rotation) (parent, 1-del_son);
 693                         P(set_red_flag) (instead, parent_red);
 694                         P(set_red_flag) (parent, 0);
 695                         P(set_red_flag) (sibling, 0);
 696                 }
 697         } else /* sibl_red */
 698         {
 699                 P(bucket) *grand[2], *son;
 700                 uns red[2];
 701                 ASSERT(!parent_red);
 702                 son = P(tree_son) (sibling, del_son);
 703                 ASSERT(son && !P(red_flag) (son));
 704                 grand[0] = P(tree_son) (son, 0);
 705                 grand[1] = P(tree_son) (son, 1);
 706                 red[0] = grand[0] ? P(red_flag) (grand[0]) : 0;
 707                 red[1] = grand[1] ? P(red_flag) (grand[1]) : 0;
 708                 if (!red[0] && !red[1])
 709                 {
 710                         instead = P(rotation) (parent, 1-del_son);
 711                         P(set_red_flag) (instead, 0);
 712                         P(set_red_flag) (parent, 0);
 713                         P(set_red_flag) (son, 1);
 714                 }
 715                 else if (!red[del_son])
 716                 {
 717                         parent->son[1-del_son] = P(rotation) (sibling, del_son);
 718                         instead = P(rotation) (parent, 1-del_son);
 719                         P(set_red_flag) (instead, 0);
 720                         P(set_red_flag) (parent, 0);
 721                         P(set_red_flag) (sibling, 1);
 722                         P(set_red_flag) (grand[1-del_son], 0);
 723                 } else /* red[del_son] */
 724                 {
 725                         sibling->son[del_son] = P(rotation) (son, del_son);
 726                         parent->son[1-del_son] = P(rotation) (sibling, del_son);
 727                         instead = P(rotation) (parent, 1-del_son);
 728                         P(set_red_flag) (instead, 0);
 729                         P(set_red_flag) (parent, 0);
 730                         P(set_red_flag) (sibling, 1);
 731                         P(set_red_flag) (son, 0);
 732                 }
 733         }
 734         /* We have performed all desired rotations and need to store the new
 735          * pointer to the subtree.  */
 736         ASSERT(instead);
 737         if (depth > 0)
 738                 P(set_tree_son) (stack[depth-1].buck, stack[depth-1].son, instead);
 739         else
 740                 t->root = instead;
 741 }
 742
 743 static void P(remove_by_stack) (T *t, P(stack_entry) *stack, uns depth)
 744 {
 745         P(bucket) *node = stack[depth].buck;
 746         P(bucket) *son;
 747         uns i;
 748         for (i=0; i<depth; i++)
 749                 ASSERT(P(tree_son) (stack[i].buck, stack[i].son) == stack[i+1].buck);
 750         if (P(tree_son) (node, 0) && P(tree_son) (node, 1))
 751         {
 752                 P(bucket) *xchg;
 753                 uns flag_node, flag_xchg;
 754                 uns d = P(find_next_node) (stack+depth, TREE_MAX_DEPTH-depth, 1);
 755
 756                 ASSERT(d >= 2);
 757                 d--;
 758                 xchg = stack[depth+d].buck;
 759                 flag_node = P(red_flag) (node);
 760                 flag_xchg = P(red_flag) (xchg);
 761                 ASSERT(!P(tree_son) (xchg, 0));
 762                 son = P(tree_son) (xchg, 1);
 763                 stack[depth].buck = xchg;       /* Magic iff d == 1.  */
 764                 stack[depth+d].buck = node;
 765                 xchg->son[0] = P(tree_son) (node, 0);
 766                 xchg->son[1] = P(tree_son) (node, 1);
 767                 if (depth > 0)
 768                         P(set_tree_son) (stack[depth-1].buck, stack[depth-1].son, xchg);
 769                 else
 770                         t->root = xchg;
 771                 node->son[0] = NULL;
 772                 node->son[1] = son;
 773                 P(set_tree_son) (stack[depth+d-1].buck, stack[depth+d-1].son, node);
 774 #ifdef TREE_STORE_PARENT
 775                 xchg->parent = depth > 0 ? stack[depth-1].buck : NULL;
 776                 xchg->son[0]->parent = xchg;
 777                 xchg->son[1]->parent = xchg;
 778                 node->parent = stack[depth+d-1].buck;
 779                 if (son)
 780                         son->parent = node;
 781 #endif
 782                 P(set_red_flag) (xchg, flag_node);
 783                 P(set_red_flag) (node, flag_xchg);
 784                 depth += d;
 785         }
 786         else if (P(tree_son) (node, 0))
 787                 son = P(tree_son) (node, 0);
 788         else
 789                 son = P(tree_son) (node, 1);
 790         /* At this moment, stack[depth].buck == node and it has at most one son
 791          * and it is stored in the variable son.  */
 792         t->count--;
 793         if (depth > 0)
 794         {
 795                 P(set_tree_son) (stack[depth-1].buck, stack[depth-1].son, son);
 796 #ifdef TREE_STORE_PARENT
 797                 if (son)
 798                         son->parent = stack[depth-1].buck;
 799 #endif
 800         }
 801         else
 802         {
 803                 t->root = son;
 804 #ifdef TREE_STORE_PARENT
 805                 if (son)
 806                         son->parent = NULL;
 807 #endif
 808         }
 809         if (P(red_flag) (node))
 810         {
 811                 ASSERT(!son);
 812                 return;
 813         }
 814         TREE_SAFE_FREE(node);
 815         /* We have deleted a black node.  */
 816         if (son)
 817         {
 818                 ASSERT(P(red_flag) (son));
 819                 P(set_red_flag) (son, 0);
 820                 return;
 821         }
 822         P(rotate_after_delete) (t, stack, (int) depth - 1);
 823 }
 824 #endif
 825
 826 #ifdef TREE_WANT_REMOVE
 827 STATIC void P(remove) (T *t, P(node) *Node)
 828 {
 829         P(stack_entry) stack[TREE_MAX_DEPTH];
 830         P(bucket) *node = SKIP_BACK(P(bucket), n, Node);
 831         uns depth = 0, i;
 832         stack[0].buck = node;
 833         stack[0].son = 10;
 834         while (node->parent)
 835         {
 836                 depth++;
 837                 ASSERT(depth < TREE_MAX_DEPTH);
 838                 stack[depth].buck = node->parent;
 839                 stack[depth].son = P(tree_son) (node->parent, 0) == node ? 0 : 1;
 840                 node = node->parent;
 841         }
 842         for (i=0; i<(depth+1)/2; i++)
 843         {
 844                 P(stack_entry) tmp = stack[i];
 845                 stack[i] = stack[depth-i];
 846                 stack[depth-i] = tmp;
 847         }
 848         P(remove_by_stack) (t, stack, depth);
 849 }
 850 #endif
 851
 852 #ifdef TREE_WANT_DELETE
 853 STATIC int P(delete) (T *t, TREE_KEY_DECL)
 854 {
 855         P(stack_entry) stack[TREE_MAX_DEPTH];
 856         uns depth;
 857         depth = P(fill_stack) (stack, TREE_MAX_DEPTH, t->root, TREE_KEY(), 1);
 858         if (stack[depth].buck)
 859         {
 860                 P(remove_by_stack) (t, stack, depth);
 861                 return 1;
 862         }
 863         else
 864                 return 0;
 865 }
 866 #endif
 867
 868 #ifdef TREE_WANT_DUMP
 869 static void P(dump_subtree) (struct fastbuf *fb, T *t, P(bucket) *node, P(bucket) *parent, int cmp_res, int level, uns black)
 870 {
 871         uns flag;
 872         int i;
 873         if (!node)
 874         {
 875                 ASSERT(black == t->height);
 876                 return;
 877         }
 878         flag = P(red_flag) (node);
 879 #ifdef TREE_STORE_PARENT
 880         ASSERT(node->parent == parent);
 881 #endif
 882         if (parent)
 883         {
 884                 ASSERT(!flag || !P(red_flag) (parent));
 885                 cmp_res *= P(cmp) (TREE_KEY(node->n.), TREE_KEY(parent->n.));
 886 #ifdef TREE_DUPLICATES
 887                 ASSERT(cmp_res >= 0);
 888 #else
 889                 ASSERT(cmp_res > 0);
 890 #endif
 891         }
 892         P(dump_subtree) (fb, t, P(tree_son) (node, 0), node, -1, level+1, black + (1-flag));
 893         if (fb)
 894         {
 895                 char tmp[20];
 896                 for (i=0; i<level; i++)
 897                         bputs(fb, "  ");
 898                 sprintf(tmp, "L%d %c\t", level, flag ? 'R' : 'B');
 899                 bputs(fb, tmp);
 900                 P(dump_key) (fb, &node->n);
 901                 P(dump_data) (fb, &node->n);
 902                 bputs(fb, "\n");
 903         }
 904         P(dump_subtree) (fb, t, P(tree_son) (node, 1), node, +1, level+1, black + (1-flag));
 905 }
 906
 907 STATIC void P(dump) (struct fastbuf *fb, T *t)
 908 {
 909         if (fb)
 910         {
 911                 char tmp[50];
 912                 sprintf(tmp, "Tree of %d nodes and height %d\n", t->count, t->height);
 913                 bputs(fb, tmp);
 914         }
 915         P(dump_subtree) (fb, t, t->root, NULL, 0, 0, 0);
 916         if (fb)
 917         {
 918                 bputs(fb, "\n");
 919                 bflush(fb);
 920         }
 921 }
 922 #endif
 923
 924 /* And the iterator */
 925
 926 #ifdef TREE_WANT_ITERATOR
 927 static P(node) * P(first_node) (T *t, uns direction)
 928 {
 929         P(bucket) *node = t->root, *prev = NULL;
 930         while (node)
 931         {
 932                 prev = node;
 933                 node = P(tree_son) (node, direction);
 934         }
 935         return prev ? &prev->n : NULL;
 936 }
 937
 938 #ifndef TREE_FOR_ALL
 939
 940 #define TREE_FOR_ALL(t_px, t_ptr, t_var)                                                \
 941 do                                                                                      \
 942 {                                                                                       \
 943         TREE_GLUE(t_px,node) *t_var = TREE_GLUE(t_px,first_node)(t_ptr, 0);             \
 944         for (; t_var; t_var = TREE_GLUE(t_px,adjacent)(t_var, 1))                       \
 945         {
 946 #define TREE_END_FOR } } while(0)
 947 #define TREE_BREAK break
 948 #define TREE_CONTINUE continue
 949 #define TREE_GLUE(x,y) x##_##y
 950
 951 #endif
 952 #endif
 953
 954 /* Finally, undefine all the parameters */
 955
 956 #undef P
 957 #undef T
 958
 959 #undef TREE_NODE
 960 #undef TREE_PREFIX
 961 #undef TREE_KEY_ATOMIC
 962 #undef TREE_KEY_STRING
 963 #undef TREE_KEY_ENDSTRING
 964 #undef TREE_KEY_COMPLEX
 965 #undef TREE_KEY_DECL
 966 #undef TREE_WANT_CLEANUP
 967 #undef TREE_WANT_FIND
 968 #undef TREE_WANT_FIND_NEXT
 969 #undef TREE_WANT_SEARCH
 970 #undef TREE_WANT_ADJACENT
 971 #undef TREE_WANT_NEW
 972 #undef TREE_WANT_LOOKUP
 973 #undef TREE_WANT_DELETE
 974 #undef TREE_WANT_REMOVE
 975 #undef TREE_WANT_DUMP
 976 #undef TREE_WANT_ITERATOR
 977 #undef TREE_GIVE_CMP
 978 #undef TREE_GIVE_EXTRA_SIZE
 979 #undef TREE_GIVE_INIT_KEY
 980 #undef TREE_GIVE_INIT_DATA
 981 #undef TREE_GIVE_ALLOC
 982 #undef TREE_NOCASE
 983 #undef TREE_ATOMIC_TYPE
 984 #undef TREE_USE_POOL
 985 #undef TREE_STATIC
 986 #undef TREE_CONSERVE_SPACE
 987 #undef TREE_DUPLICATES
 988 #undef TREE_MAX_DEPTH
 989 #undef TREE_STORE_PARENT
 990 #undef TREE_KEY
 991 #undef TREE_EXTRA_SIZE
 992 #undef TREE_SAFE_FREE
 993 #undef TREE_TRACE
 994 #undef STATIC