ucw/sorter/sorter.h

   1 /*
   2  *      UCW Library -- Universal Sorter
   3  *
   4  *      (c) 2001--2007 Martin Mares <mj@ucw.cz>
   5  *      (c) 2004 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, but a generator of sorting
  13  *  routines.  Each time you include it with parameters set in the
  14  *  corresponding preprocessor macros, it generates a file sorter
  15  *  with the parameters given.
  16  *
  17  *  The sorter operates on fastbufs containing sequences of items. Each item
  18  *  consists of a key, optionally followed by data. The keys are represented
  19  *  by fixed-size structures of type SORT_KEY internally, if this format differs
  20  *  from the on-disk format, explicit reading and writing routines can be provided.
  21  *  The data are always copied verbatim, unless the sorter is in the merging
  22  *  mode in which it calls callbacks for merging of items with equal keys.
  23  *
  24  *  All callbacks must be thread-safe.
  25  *
  26  *  Basic parameters and callbacks:
  27  *
  28  *  SORT_PREFIX(x)      add a name prefix (used on all global names defined by the sorter)
  29  *
  30  *  SORT_KEY            data type capable of holding a single key in memory (the on-disk
  31  *                      representation can be different). Alternatively, you can use:
  32  *  SORT_KEY_REGULAR    data type holding a single key both in memory and on disk;
  33  *                      in this case, bread() and bwrite() is used to read/write keys
  34  *                      and it's also assumed that the keys are not very long.
  35  *  int PREFIX_compare(SORT_KEY *a, SORT_KEY *b)
  36  *                      compares two keys, returns result like strcmp(). Mandatory.
  37  *  int PREFIX_read_key(struct fastbuf *f, SORT_KEY *k)
  38  *                      reads a key from a fastbuf, returns nonzero=ok, 0=EOF.
  39  *                      Mandatory unless SORT_KEY_REGULAR is defined.
  40  *  void PREFIX_write_key(struct fastbuf *f, SORT_KEY *k)
  41  *                      writes a key to a fastbuf. Mandatory unless SORT_KEY_REGULAR.
  42  *
  43  *  SORT_KEY_SIZE(key)  returns the real size of a key (a SORT_KEY type in memory
  44  *                      can be truncated to this number of bytes without any harm;
  45  *                      used to save memory when the keys have variable sizes).
  46  *                      Default: always store the whole SORT_KEY.
  47  *  SORT_DATA_SIZE(key) gets a key and returns the amount of data following it.
  48  *                      Default: records consist of keys only.
  49  *
  50  *  Integer sorting:
  51  *
  52  *  SORT_INT(key)       we are sorting by an integer value returned by this macro.
  53  *                      In this mode, PREFIX_compare is supplied automatically and the sorting
  54  *                      function gets an extra parameter specifying the range of the integers.
  55  *                      The better the range fits, the faster we sort.
  56  *                      Sets up SORT_HASH_xxx automatically.
  57  *  SORT_INT64(key)     the same for 64-bit integers.
  58  *
  59  *  Hashing (optional, but it can speed sorting up):
  60  *
  61  *  SORT_HASH_BITS      signals that a monotone hashing function returning a given number of
  62  *                      bits is available. A monotone hash is a function f from keys to integers
  63  *                      such that f(x) < f(y) implies x < y, which is approximately uniformly
  64  *                      distributed. It should be declared as:
  65  *  uns PREFIX_hash(SORT_KEY *a)
  66  *
  67  *  Unification:
  68  *
  69  *  SORT_UNIFY          merge items with identical keys. It requires the following functions:
  70  *  void PREFIX_write_merged(struct fastbuf *f, SORT_KEY **keys, void **data, uns n, void *buf)
  71  *                      takes n records in memory with keys which compare equal and writes
  72  *                      a single record to the given fastbuf. `buf' points to a buffer which
  73  *                      is guaranteed to hold the sum of workspace requirements (see below)
  74  *                      over all given records. The function is allowed to modify all its inputs.
  75  *  void PREFIX_copy_merged(SORT_KEY **keys, struct fastbuf **data, uns n, struct fastbuf *dest)
  76  *                      takes n records with keys in memory and data in fastbufs and writes
  77  *                      a single record. Used only if SORT_DATA_SIZE or SORT_UNIFY_WORKSPACE
  78  *                      is defined.
  79  *  SORT_UNIFY_WORKSPACE(key)
  80  *                      gets a key and returns the amount of workspace required when merging
  81  *                      the given record. Defaults to 0.
  82  *
  83  *  Input (choose one of these):
  84  *
  85  *  SORT_INPUT_FILE     file of a given name
  86  *  SORT_INPUT_FB       seekable fastbuf stream
  87  *  SORT_INPUT_PIPE     non-seekable fastbuf stream
  88  *  SORT_INPUT_PRESORT  custom presorter. Calls function
  89  *  int PREFIX_presort(struct fastbuf *dest, void *buf, size_t bufsize)
  90  *                      to get successive batches of pre-sorted data.
  91  *                      The function is passed a page-aligned presorting buffer.
  92  *                      It returns 1 on success or 0 on EOF.
  93  *  SORT_DELETE_INPUT   A C expression, if true, then the input files are deleted
  94  *                      as soon as possible.
  95  *
  96  *  Output (chose one of these):
  97  *
  98  *  SORT_OUTPUT_FILE    file of a given name
  99  *  SORT_OUTPUT_FB      temporary fastbuf stream
 100  *  SORT_OUTPUT_THIS_FB a given fastbuf stream which can already contain some data
 101  *
 102  *  Other switches:
 103  *
 104  *  SORT_UNIQUE         all items have distinct keys (checked in debug mode)
 105  *
 106  *  The function generated:
 107  *
 108  *  <outfb> PREFIX_sort(<in>, <out> [,<range>]), where:
 109  *                      <in> = input file name/fastbuf or NULL
 110  *                      <out> = output file name/fastbuf or NULL
 111  *                      <range> = maximum integer value for the SORT_INT mode
 112  *
 113  *  After including this file, all parameter macros are automatically
 114  *  undef'd.
 115  */
 116
 117 #include "ucw/sorter/common.h"
 118 #include "ucw/fastbuf.h"
 119
 120 #include <fcntl.h>
 121
 122 #define P(x) SORT_PREFIX(x)
 123
 124 #ifdef SORT_KEY_REGULAR
 125 typedef SORT_KEY_REGULAR P(key);
 126 static inline int P(read_key) (struct fastbuf *f, P(key) *k)
 127 {
 128   return breadb(f, k, sizeof(P(key)));
 129 }
 130 static inline void P(write_key) (struct fastbuf *f, P(key) *k)
 131 {
 132   bwrite(f, k, sizeof(P(key)));
 133 }
 134 #elif defined(SORT_KEY)
 135 typedef SORT_KEY P(key);
 136 #else
 137 #error Missing definition of sorting key.
 138 #endif
 139
 140 #ifdef SORT_INT64
 141 typedef u64 P(hash_t);
 142 #define SORT_INT SORT_INT64
 143 #define SORT_LONG_HASH
 144 #else
 145 typedef uns P(hash_t);
 146 #endif
 147
 148 #ifdef SORT_INT
 149 static inline int P(compare) (P(key) *x, P(key) *y)
 150 {
 151   if (SORT_INT(*x) < SORT_INT(*y))
 152     return -1;
 153   if (SORT_INT(*x) > SORT_INT(*y))
 154     return 1;
 155   return 0;
 156 }
 157
 158 #ifndef SORT_HASH_BITS
 159 static inline P(hash_t) P(hash) (P(key) *x)
 160 {
 161   return SORT_INT((*x));
 162 }
 163 #endif
 164 #endif
 165
 166 #ifdef SORT_UNIFY
 167 #define LESS <
 168 #else
 169 #define LESS <=
 170 #endif
 171 #define SWAP(x,y,z) do { z=x; x=y; y=z; } while(0)
 172
 173 #if defined(SORT_UNIQUE) && defined(DEBUG_ASSERTS)
 174 #define SORT_ASSERT_UNIQUE
 175 #endif
 176
 177 #ifdef SORT_KEY_SIZE
 178 #define SORT_VAR_KEY
 179 #else
 180 #define SORT_KEY_SIZE(key) sizeof(key)
 181 #endif
 182
 183 #ifdef SORT_DATA_SIZE
 184 #define SORT_VAR_DATA
 185 #else
 186 #define SORT_DATA_SIZE(key) 0
 187 #endif
 188
 189 static inline void P(copy_data)(P(key) *key, struct fastbuf *in, struct fastbuf *out)
 190 {
 191   P(write_key)(out, key);
 192 #ifdef SORT_VAR_DATA
 193   bbcopy(in, out, SORT_DATA_SIZE(*key));
 194 #else
 195   (void) in;
 196 #endif
 197 }
 198
 199 #if defined(SORT_UNIFY) && !defined(SORT_VAR_DATA) && !defined(SORT_UNIFY_WORKSPACE)
 200 static inline void P(copy_merged)(P(key) **keys, struct fastbuf **data UNUSED, uns n, struct fastbuf *dest)
 201 {
 202   P(write_merged)(dest, keys, NULL, n, NULL);
 203 }
 204 #endif
 205
 206 #if defined(SORT_HASH_BITS) || defined(SORT_INT)
 207 #define SORT_INTERNAL_RADIX
 208 #include "ucw/sorter/s-radix.h"
 209 #endif
 210
 211 #if defined(SORT_VAR_KEY) || defined(SORT_VAR_DATA) || defined(SORT_UNIFY_WORKSPACE)
 212 #include "ucw/sorter/s-internal.h"
 213 #else
 214 #include "ucw/sorter/s-fixint.h"
 215 #endif
 216
 217 #include "ucw/sorter/s-twoway.h"
 218 #include "ucw/sorter/s-multiway.h"
 219
 220 static struct fastbuf *P(sort)(
 221 #ifdef SORT_INPUT_FILE
 222                                byte *in,
 223 #else
 224                                struct fastbuf *in,
 225 #endif
 226 #ifdef SORT_OUTPUT_FILE
 227                                byte *out
 228 #else
 229                                struct fastbuf *out
 230 #endif
 231 #ifdef SORT_INT
 232                                , u64 int_range
 233 #endif
 234                                )
 235 {
 236   struct sort_context ctx;
 237   bzero(&ctx, sizeof(ctx));
 238
 239 #ifdef SORT_INPUT_FILE
 240   ctx.in_fb = bopen_file(in, O_RDONLY, &sorter_fb_params);
 241   ctx.in_size = bfilesize(ctx.in_fb);
 242 #elif defined(SORT_INPUT_FB)
 243   ctx.in_fb = in;
 244   ctx.in_size = bfilesize(in);
 245 #elif defined(SORT_INPUT_PIPE)
 246   ctx.in_fb = in;
 247   ctx.in_size = ~(u64)0;
 248 #elif defined(SORT_INPUT_PRESORT)
 249   ASSERT(!in);
 250   ctx.custom_presort = P(presort);
 251   ctx.in_size = ~(u64)0;
 252 #else
 253 #error No input given.
 254 #endif
 255 #ifdef SORT_DELETE_INPUT
 256   if (SORT_DELETE_INPUT)
 257     bconfig(ctx.in_fb, BCONFIG_IS_TEMP_FILE, 1);
 258 #endif
 259
 260 #ifdef SORT_OUTPUT_FB
 261   ASSERT(!out);
 262 #elif defined(SORT_OUTPUT_THIS_FB)
 263   ctx.out_fb = out;
 264 #elif defined(SORT_OUTPUT_FILE)
 265   /* Just assume fastbuf output and rename the fastbuf later */
 266 #else
 267 #error No output given.
 268 #endif
 269
 270 #ifdef SORT_HASH_BITS
 271   ctx.hash_bits = SORT_HASH_BITS;
 272   ctx.radix_split = P(radix_split);
 273 #elif defined(SORT_INT)
 274   ctx.hash_bits = 0;
 275   while (ctx.hash_bits < 64 && (int_range >> ctx.hash_bits))
 276     ctx.hash_bits++;
 277   ctx.radix_split = P(radix_split);
 278 #endif
 279
 280   ctx.internal_sort = P(internal);
 281   ctx.internal_estimate = P(internal_estimate);
 282   ctx.twoway_merge = P(twoway_merge);
 283   ctx.multiway_merge = P(multiway_merge);
 284
 285   sorter_run(&ctx);
 286
 287 #ifdef SORT_OUTPUT_FILE
 288   bfix_tmp_file(ctx.out_fb, out);
 289   ctx.out_fb = NULL;
 290 #endif
 291   return ctx.out_fb;
 292 }
 293
 294 #undef SORT_ASSERT_UNIQUE
 295 #undef SORT_DATA_SIZE
 296 #undef SORT_DELETE_INPUT
 297 #undef SORT_HASH_BITS
 298 #undef SORT_INPUT_FB
 299 #undef SORT_INPUT_FILE
 300 #undef SORT_INPUT_PIPE
 301 #undef SORT_INPUT_PRESORT
 302 #undef SORT_INT
 303 #undef SORT_INT64
 304 #undef SORT_INTERNAL_RADIX
 305 #undef SORT_KEY
 306 #undef SORT_KEY_REGULAR
 307 #undef SORT_KEY_SIZE
 308 #undef SORT_LONG_HASH
 309 #undef SORT_OUTPUT_FB
 310 #undef SORT_OUTPUT_FILE
 311 #undef SORT_OUTPUT_THIS_FB
 312 #undef SORT_PREFIX
 313 #undef SORT_UNIFY
 314 #undef SORT_UNIFY_WORKSPACE
 315 #undef SORT_UNIQUE
 316 #undef SORT_VAR_DATA
 317 #undef SORT_VAR_KEY
 318 #undef SWAP
 319 #undef LESS
 320 #undef P