hashmap_remove takes "const struct hashmap_entry *"
[git] / hashmap.h
1 #ifndef HASHMAP_H
2 #define HASHMAP_H
3
4 #include "hash.h"
5
6 /*
7  * Generic implementation of hash-based key-value mappings.
8  *
9  * An example that maps long to a string:
10  * For the sake of the example this allows to lookup exact values, too
11  * (i.e. it is operated as a set, the value is part of the key)
12  * -------------------------------------
13  *
14  * struct hashmap map;
15  * struct long2string {
16  *     struct hashmap_entry ent; // must be the first member!
17  *     long key;
18  *     char value[FLEX_ARRAY];   // be careful with allocating on stack!
19  * };
20  *
21  * #define COMPARE_VALUE 1
22  *
23  * static int long2string_cmp(const void *hashmap_cmp_fn_data,
24  *                            const struct long2string *e1,
25  *                            const struct long2string *e2,
26  *                            const void *keydata)
27  * {
28  *     const char *string = keydata;
29  *     unsigned flags = *(unsigned *)hashmap_cmp_fn_data;
30  *
31  *     if (flags & COMPARE_VALUE)
32  *         return e1->key != e2->key ||
33  *                  strcmp(e1->value, string ? string : e2->value);
34  *     else
35  *         return e1->key != e2->key;
36  * }
37  *
38  * int main(int argc, char **argv)
39  * {
40  *     long key;
41  *     char value[255], action[32];
42  *     unsigned flags = 0;
43  *
44  *     hashmap_init(&map, (hashmap_cmp_fn) long2string_cmp, &flags, 0);
45  *
46  *     while (scanf("%s %ld %s", action, &key, value)) {
47  *
48  *         if (!strcmp("add", action)) {
49  *             struct long2string *e;
50  *             FLEX_ALLOC_STR(e, value, value);
51  *             hashmap_entry_init(&e->ent, memhash(&key, sizeof(long)));
52  *             e->key = key;
53  *             hashmap_add(&map, &e->ent);
54  *         }
55  *
56  *         if (!strcmp("print_all_by_key", action)) {
57  *             struct long2string k, *e;
58  *             hashmap_entry_init(&k->ent, memhash(&key, sizeof(long)));
59  *             k.key = key;
60  *
61  *             flags &= ~COMPARE_VALUE;
62  *             e = hashmap_get(&map, &k, NULL);
63  *             if (e) {
64  *                 printf("first: %ld %s\n", e->key, e->value);
65  *                 while ((e = hashmap_get_next(&map, e)))
66  *                     printf("found more: %ld %s\n", e->key, e->value);
67  *             }
68  *         }
69  *
70  *         if (!strcmp("has_exact_match", action)) {
71  *             struct long2string *e;
72  *             FLEX_ALLOC_STR(e, value, value);
73  *             hashmap_entry_init(&e->ent, memhash(&key, sizeof(long)));
74  *             e->key = key;
75  *
76  *             flags |= COMPARE_VALUE;
77  *             printf("%sfound\n",
78  *                    hashmap_get(&map, &e->ent, NULL) ? "" : "not ");
79  *             free(e);
80  *         }
81  *
82  *         if (!strcmp("has_exact_match_no_heap_alloc", action)) {
83  *             struct long2string k;
84  *             hashmap_entry_init(&k->ent, memhash(&key, sizeof(long)));
85  *             k.key = key;
86  *
87  *             flags |= COMPARE_VALUE;
88  *             printf("%sfound\n",
89  *                    hashmap_get(&map, &k->ent, value) ? "" : "not ");
90  *         }
91  *
92  *         if (!strcmp("end", action)) {
93  *             hashmap_free(&map, 1);
94  *             break;
95  *         }
96  *     }
97  *
98  *     return 0;
99  * }
100  */
101
102 /*
103  * Ready-to-use hash functions for strings, using the FNV-1 algorithm (see
104  * http://www.isthe.com/chongo/tech/comp/fnv).
105  * `strhash` and `strihash` take 0-terminated strings, while `memhash` and
106  * `memihash` operate on arbitrary-length memory.
107  * `strihash` and `memihash` are case insensitive versions.
108  * `memihash_cont` is a variant of `memihash` that allows a computation to be
109  * continued with another chunk of data.
110  */
111 unsigned int strhash(const char *buf);
112 unsigned int strihash(const char *buf);
113 unsigned int memhash(const void *buf, size_t len);
114 unsigned int memihash(const void *buf, size_t len);
115 unsigned int memihash_cont(unsigned int hash_seed, const void *buf, size_t len);
116
117 /*
118  * Converts a cryptographic hash (e.g. SHA-1) into an int-sized hash code
119  * for use in hash tables. Cryptographic hashes are supposed to have
120  * uniform distribution, so in contrast to `memhash()`, this just copies
121  * the first `sizeof(int)` bytes without shuffling any bits. Note that
122  * the results will be different on big-endian and little-endian
123  * platforms, so they should not be stored or transferred over the net.
124  */
125 static inline unsigned int oidhash(const struct object_id *oid)
126 {
127         /*
128          * Equivalent to 'return *(unsigned int *)oid->hash;', but safe on
129          * platforms that don't support unaligned reads.
130          */
131         unsigned int hash;
132         memcpy(&hash, oid->hash, sizeof(hash));
133         return hash;
134 }
135
136 /*
137  * struct hashmap_entry is an opaque structure representing an entry in the
138  * hash table, which must be used as first member of user data structures.
139  * Ideally it should be followed by an int-sized member to prevent unused
140  * memory on 64-bit systems due to alignment.
141  */
142 struct hashmap_entry {
143         /*
144          * next points to the next entry in case of collisions (i.e. if
145          * multiple entries map to the same bucket)
146          */
147         struct hashmap_entry *next;
148
149         /* entry's hash code */
150         unsigned int hash;
151 };
152
153 /*
154  * User-supplied function to test two hashmap entries for equality. Shall
155  * return 0 if the entries are equal.
156  *
157  * This function is always called with non-NULL `entry` and `entry_or_key`
158  * parameters that have the same hash code.
159  *
160  * When looking up an entry, the `key` and `keydata` parameters to hashmap_get
161  * and hashmap_remove are always passed as second `entry_or_key` and third
162  * argument `keydata`, respectively. Otherwise, `keydata` is NULL.
163  *
164  * When it is too expensive to allocate a user entry (either because it is
165  * large or varialbe sized, such that it is not on the stack), then the
166  * relevant data to check for equality should be passed via `keydata`.
167  * In this case `key` can be a stripped down version of the user key data
168  * or even just a hashmap_entry having the correct hash.
169  *
170  * The `hashmap_cmp_fn_data` entry is the pointer given in the init function.
171  */
172 typedef int (*hashmap_cmp_fn)(const void *hashmap_cmp_fn_data,
173                               const void *entry, const void *entry_or_key,
174                               const void *keydata);
175
176 /*
177  * struct hashmap is the hash table structure. Members can be used as follows,
178  * but should not be modified directly.
179  */
180 struct hashmap {
181         struct hashmap_entry **table;
182
183         /* Stores the comparison function specified in `hashmap_init()`. */
184         hashmap_cmp_fn cmpfn;
185         const void *cmpfn_data;
186
187         /* total number of entries (0 means the hashmap is empty) */
188         unsigned int private_size; /* use hashmap_get_size() */
189
190         /*
191          * tablesize is the allocated size of the hash table. A non-0 value
192          * indicates that the hashmap is initialized. It may also be useful
193          * for statistical purposes (i.e. `size / tablesize` is the current
194          * load factor).
195          */
196         unsigned int tablesize;
197
198         unsigned int grow_at;
199         unsigned int shrink_at;
200
201         unsigned int do_count_items : 1;
202 };
203
204 /* hashmap functions */
205
206 /*
207  * Initializes a hashmap structure.
208  *
209  * `map` is the hashmap to initialize.
210  *
211  * The `equals_function` can be specified to compare two entries for equality.
212  * If NULL, entries are considered equal if their hash codes are equal.
213  *
214  * The `equals_function_data` parameter can be used to provide additional data
215  * (a callback cookie) that will be passed to `equals_function` each time it
216  * is called. This allows a single `equals_function` to implement multiple
217  * comparison functions.
218  *
219  * If the total number of entries is known in advance, the `initial_size`
220  * parameter may be used to preallocate a sufficiently large table and thus
221  * prevent expensive resizing. If 0, the table is dynamically resized.
222  */
223 void hashmap_init(struct hashmap *map,
224                          hashmap_cmp_fn equals_function,
225                          const void *equals_function_data,
226                          size_t initial_size);
227
228 /*
229  * Frees a hashmap structure and allocated memory.
230  *
231  * If `free_entries` is true, each hashmap_entry in the map is freed as well
232  * using stdlibs free().
233  */
234 void hashmap_free(struct hashmap *map, int free_entries);
235
236 /* hashmap_entry functions */
237
238 /*
239  * Initializes a hashmap_entry structure.
240  *
241  * `entry` points to the entry to initialize.
242  * `hash` is the hash code of the entry.
243  *
244  * The hashmap_entry structure does not hold references to external resources,
245  * and it is safe to just discard it once you are done with it (i.e. if
246  * your structure was allocated with xmalloc(), you can just free(3) it,
247  * and if it is on stack, you can just let it go out of scope).
248  */
249 static inline void hashmap_entry_init(struct hashmap_entry *e,
250                                         unsigned int hash)
251 {
252         e->hash = hash;
253         e->next = NULL;
254 }
255
256 /*
257  * Return the number of items in the map.
258  */
259 static inline unsigned int hashmap_get_size(struct hashmap *map)
260 {
261         if (map->do_count_items)
262                 return map->private_size;
263
264         BUG("hashmap_get_size: size not set");
265         return 0;
266 }
267
268 /*
269  * Returns the hashmap entry for the specified key, or NULL if not found.
270  *
271  * `map` is the hashmap structure.
272  *
273  * `key` is a user data structure that starts with hashmap_entry that has at
274  * least been initialized with the proper hash code (via `hashmap_entry_init`).
275  *
276  * `keydata` is a data structure that holds just enough information to check
277  * for equality to a given entry.
278  *
279  * If the key data is variable-sized (e.g. a FLEX_ARRAY string) or quite large,
280  * it is undesirable to create a full-fledged entry structure on the heap and
281  * copy all the key data into the structure.
282  *
283  * In this case, the `keydata` parameter can be used to pass
284  * variable-sized key data directly to the comparison function, and the `key`
285  * parameter can be a stripped-down, fixed size entry structure allocated on the
286  * stack.
287  *
288  * If an entry with matching hash code is found, `key` and `keydata` are passed
289  * to `hashmap_cmp_fn` to decide whether the entry matches the key.
290  */
291 void *hashmap_get(const struct hashmap *map, const struct hashmap_entry *key,
292                          const void *keydata);
293
294 /*
295  * Returns the hashmap entry for the specified hash code and key data,
296  * or NULL if not found.
297  *
298  * `map` is the hashmap structure.
299  * `hash` is the hash code of the entry to look up.
300  *
301  * If an entry with matching hash code is found, `keydata` is passed to
302  * `hashmap_cmp_fn` to decide whether the entry matches the key. The
303  * `entry_or_key` parameter of `hashmap_cmp_fn` points to a hashmap_entry
304  * structure that should not be used in the comparison.
305  */
306 static inline void *hashmap_get_from_hash(const struct hashmap *map,
307                                           unsigned int hash,
308                                           const void *keydata)
309 {
310         struct hashmap_entry key;
311         hashmap_entry_init(&key, hash);
312         return hashmap_get(map, &key, keydata);
313 }
314
315 /*
316  * Returns the next equal hashmap entry, or NULL if not found. This can be
317  * used to iterate over duplicate entries (see `hashmap_add`).
318  *
319  * `map` is the hashmap structure.
320  * `entry` is the hashmap_entry to start the search from, obtained via a previous
321  * call to `hashmap_get` or `hashmap_get_next`.
322  */
323 void *hashmap_get_next(const struct hashmap *map,
324                         const struct hashmap_entry *entry);
325
326 /*
327  * Adds a hashmap entry. This allows to add duplicate entries (i.e.
328  * separate values with the same key according to hashmap_cmp_fn).
329  *
330  * `map` is the hashmap structure.
331  * `entry` is the entry to add.
332  */
333 void hashmap_add(struct hashmap *map, struct hashmap_entry *entry);
334
335 /*
336  * Adds or replaces a hashmap entry. If the hashmap contains duplicate
337  * entries equal to the specified entry, only one of them will be replaced.
338  *
339  * `map` is the hashmap structure.
340  * `entry` is the entry to add or replace.
341  * Returns the replaced entry, or NULL if not found (i.e. the entry was added).
342  */
343 void *hashmap_put(struct hashmap *map, void *entry);
344
345 /*
346  * Removes a hashmap entry matching the specified key. If the hashmap contains
347  * duplicate entries equal to the specified key, only one of them will be
348  * removed. Returns the removed entry, or NULL if not found.
349  *
350  * Argument explanation is the same as in `hashmap_get`.
351  */
352 void *hashmap_remove(struct hashmap *map, const struct hashmap_entry *key,
353                 const void *keydata);
354
355 /*
356  * Returns the `bucket` an entry is stored in.
357  * Useful for multithreaded read access.
358  */
359 int hashmap_bucket(const struct hashmap *map, unsigned int hash);
360
361 /*
362  * Used to iterate over all entries of a hashmap. Note that it is
363  * not safe to add or remove entries to the hashmap while
364  * iterating.
365  */
366 struct hashmap_iter {
367         struct hashmap *map;
368         struct hashmap_entry *next;
369         unsigned int tablepos;
370 };
371
372 /* Initializes a `hashmap_iter` structure. */
373 void hashmap_iter_init(struct hashmap *map, struct hashmap_iter *iter);
374
375 /* Returns the next hashmap_entry, or NULL if there are no more entries. */
376 void *hashmap_iter_next(struct hashmap_iter *iter);
377
378 /* Initializes the iterator and returns the first entry, if any. */
379 static inline void *hashmap_iter_first(struct hashmap *map,
380                 struct hashmap_iter *iter)
381 {
382         hashmap_iter_init(map, iter);
383         return hashmap_iter_next(iter);
384 }
385
386 /*
387  * Disable item counting and automatic rehashing when adding/removing items.
388  *
389  * Normally, the hashmap keeps track of the number of items in the map
390  * and uses it to dynamically resize it.  This (both the counting and
391  * the resizing) can cause problems when the map is being used by
392  * threaded callers (because the hashmap code does not know about the
393  * locking strategy used by the threaded callers and therefore, does
394  * not know how to protect the "private_size" counter).
395  */
396 static inline void hashmap_disable_item_counting(struct hashmap *map)
397 {
398         map->do_count_items = 0;
399 }
400
401 /*
402  * Re-enable item couting when adding/removing items.
403  * If counting is currently disabled, it will force count them.
404  * It WILL NOT automatically rehash them.
405  */
406 static inline void hashmap_enable_item_counting(struct hashmap *map)
407 {
408         unsigned int n = 0;
409         struct hashmap_iter iter;
410
411         if (map->do_count_items)
412                 return;
413
414         hashmap_iter_init(map, &iter);
415         while (hashmap_iter_next(&iter))
416                 n++;
417
418         map->do_count_items = 1;
419         map->private_size = n;
420 }
421
422 /* String interning */
423
424 /*
425  * Returns the unique, interned version of the specified string or data,
426  * similar to the `String.intern` API in Java and .NET, respectively.
427  * Interned strings remain valid for the entire lifetime of the process.
428  *
429  * Can be used as `[x]strdup()` or `xmemdupz` replacement, except that interned
430  * strings / data must not be modified or freed.
431  *
432  * Interned strings are best used for short strings with high probability of
433  * duplicates.
434  *
435  * Uses a hashmap to store the pool of interned strings.
436  */
437 const void *memintern(const void *data, size_t len);
438 static inline const char *strintern(const char *string)
439 {
440         return memintern(string, strlen(string));
441 }
442
443 #endif