hash: reverse order of src/dst parameters in an internal interface
[gnulib.git] / lib / hash.c
1 /* hash - hashing table processing.
2
3    Copyright (C) 1998, 1999, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004, 2006, 2007,
4    2009 Free Software Foundation, Inc.
5
6    Written by Jim Meyering, 1992.
7
8    This program is free software: you can redistribute it and/or modify
9    it under the terms of the GNU General Public License as published by
10    the Free Software Foundation; either version 3 of the License, or
11    (at your option) any later version.
12
13    This program is distributed in the hope that it will be useful,
14    but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
15    MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
16    GNU General Public License for more details.
17
18    You should have received a copy of the GNU General Public License
19    along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.  */
20
21 /* A generic hash table package.  */
22
23 /* Define USE_OBSTACK to 1 if you want the allocator to use obstacks instead
24    of malloc.  If you change USE_OBSTACK, you have to recompile!  */
25
26 #include <config.h>
27
28 #include "hash.h"
29
30 #include "bitrotate.h"
31 #include "xalloc.h"
32
33 #include <stdint.h>
34 #include <stdio.h>
35 #include <stdlib.h>
36
37 #if USE_OBSTACK
38 # include "obstack.h"
39 # ifndef obstack_chunk_alloc
40 #  define obstack_chunk_alloc malloc
41 # endif
42 # ifndef obstack_chunk_free
43 #  define obstack_chunk_free free
44 # endif
45 #endif
46
47 struct hash_entry
48   {
49     void *data;
50     struct hash_entry *next;
51   };
52
53 struct hash_table
54   {
55     /* The array of buckets starts at BUCKET and extends to BUCKET_LIMIT-1,
56        for a possibility of N_BUCKETS.  Among those, N_BUCKETS_USED buckets
57        are not empty, there are N_ENTRIES active entries in the table.  */
58     struct hash_entry *bucket;
59     struct hash_entry const *bucket_limit;
60     size_t n_buckets;
61     size_t n_buckets_used;
62     size_t n_entries;
63
64     /* Tuning arguments, kept in a physically separate structure.  */
65     const Hash_tuning *tuning;
66
67     /* Three functions are given to `hash_initialize', see the documentation
68        block for this function.  In a word, HASHER randomizes a user entry
69        into a number up from 0 up to some maximum minus 1; COMPARATOR returns
70        true if two user entries compare equally; and DATA_FREER is the cleanup
71        function for a user entry.  */
72     Hash_hasher hasher;
73     Hash_comparator comparator;
74     Hash_data_freer data_freer;
75
76     /* A linked list of freed struct hash_entry structs.  */
77     struct hash_entry *free_entry_list;
78
79 #if USE_OBSTACK
80     /* Whenever obstacks are used, it is possible to allocate all overflowed
81        entries into a single stack, so they all can be freed in a single
82        operation.  It is not clear if the speedup is worth the trouble.  */
83     struct obstack entry_stack;
84 #endif
85   };
86
87 /* A hash table contains many internal entries, each holding a pointer to
88    some user-provided data (also called a user entry).  An entry indistinctly
89    refers to both the internal entry and its associated user entry.  A user
90    entry contents may be hashed by a randomization function (the hashing
91    function, or just `hasher' for short) into a number (or `slot') between 0
92    and the current table size.  At each slot position in the hash table,
93    starts a linked chain of entries for which the user data all hash to this
94    slot.  A bucket is the collection of all entries hashing to the same slot.
95
96    A good `hasher' function will distribute entries rather evenly in buckets.
97    In the ideal case, the length of each bucket is roughly the number of
98    entries divided by the table size.  Finding the slot for a data is usually
99    done in constant time by the `hasher', and the later finding of a precise
100    entry is linear in time with the size of the bucket.  Consequently, a
101    larger hash table size (that is, a larger number of buckets) is prone to
102    yielding shorter chains, *given* the `hasher' function behaves properly.
103
104    Long buckets slow down the lookup algorithm.  One might use big hash table
105    sizes in hope to reduce the average length of buckets, but this might
106    become inordinate, as unused slots in the hash table take some space.  The
107    best bet is to make sure you are using a good `hasher' function (beware
108    that those are not that easy to write! :-), and to use a table size
109    larger than the actual number of entries.  */
110
111 /* If an insertion makes the ratio of nonempty buckets to table size larger
112    than the growth threshold (a number between 0.0 and 1.0), then increase
113    the table size by multiplying by the growth factor (a number greater than
114    1.0).  The growth threshold defaults to 0.8, and the growth factor
115    defaults to 1.414, meaning that the table will have doubled its size
116    every second time 80% of the buckets get used.  */
117 #define DEFAULT_GROWTH_THRESHOLD 0.8
118 #define DEFAULT_GROWTH_FACTOR 1.414
119
120 /* If a deletion empties a bucket and causes the ratio of used buckets to
121    table size to become smaller than the shrink threshold (a number between
122    0.0 and 1.0), then shrink the table by multiplying by the shrink factor (a
123    number greater than the shrink threshold but smaller than 1.0).  The shrink
124    threshold and factor default to 0.0 and 1.0, meaning that the table never
125    shrinks.  */
126 #define DEFAULT_SHRINK_THRESHOLD 0.0
127 #define DEFAULT_SHRINK_FACTOR 1.0
128
129 /* Use this to initialize or reset a TUNING structure to
130    some sensible values. */
131 static const Hash_tuning default_tuning =
132   {
133     DEFAULT_SHRINK_THRESHOLD,
134     DEFAULT_SHRINK_FACTOR,
135     DEFAULT_GROWTH_THRESHOLD,
136     DEFAULT_GROWTH_FACTOR,
137     false
138   };
139
140 /* Information and lookup.  */
141
142 /* The following few functions provide information about the overall hash
143    table organization: the number of entries, number of buckets and maximum
144    length of buckets.  */
145
146 /* Return the number of buckets in the hash table.  The table size, the total
147    number of buckets (used plus unused), or the maximum number of slots, are
148    the same quantity.  */
149
150 size_t
151 hash_get_n_buckets (const Hash_table *table)
152 {
153   return table->n_buckets;
154 }
155
156 /* Return the number of slots in use (non-empty buckets).  */
157
158 size_t
159 hash_get_n_buckets_used (const Hash_table *table)
160 {
161   return table->n_buckets_used;
162 }
163
164 /* Return the number of active entries.  */
165
166 size_t
167 hash_get_n_entries (const Hash_table *table)
168 {
169   return table->n_entries;
170 }
171
172 /* Return the length of the longest chain (bucket).  */
173
174 size_t
175 hash_get_max_bucket_length (const Hash_table *table)
176 {
177   struct hash_entry const *bucket;
178   size_t max_bucket_length = 0;
179
180   for (bucket = table->bucket; bucket < table->bucket_limit; bucket++)
181     {
182       if (bucket->data)
183         {
184           struct hash_entry const *cursor = bucket;
185           size_t bucket_length = 1;
186
187           while (cursor = cursor->next, cursor)
188             bucket_length++;
189
190           if (bucket_length > max_bucket_length)
191             max_bucket_length = bucket_length;
192         }
193     }
194
195   return max_bucket_length;
196 }
197
198 /* Do a mild validation of a hash table, by traversing it and checking two
199    statistics.  */
200
201 bool
202 hash_table_ok (const Hash_table *table)
203 {
204   struct hash_entry const *bucket;
205   size_t n_buckets_used = 0;
206   size_t n_entries = 0;
207
208   for (bucket = table->bucket; bucket < table->bucket_limit; bucket++)
209     {
210       if (bucket->data)
211         {
212           struct hash_entry const *cursor = bucket;
213
214           /* Count bucket head.  */
215           n_buckets_used++;
216           n_entries++;
217
218           /* Count bucket overflow.  */
219           while (cursor = cursor->next, cursor)
220             n_entries++;
221         }
222     }
223
224   if (n_buckets_used == table->n_buckets_used && n_entries == table->n_entries)
225     return true;
226
227   return false;
228 }
229
230 void
231 hash_print_statistics (const Hash_table *table, FILE *stream)
232 {
233   size_t n_entries = hash_get_n_entries (table);
234   size_t n_buckets = hash_get_n_buckets (table);
235   size_t n_buckets_used = hash_get_n_buckets_used (table);
236   size_t max_bucket_length = hash_get_max_bucket_length (table);
237
238   fprintf (stream, "# entries:         %lu\n", (unsigned long int) n_entries);
239   fprintf (stream, "# buckets:         %lu\n", (unsigned long int) n_buckets);
240   fprintf (stream, "# buckets used:    %lu (%.2f%%)\n",
241            (unsigned long int) n_buckets_used,
242            (100.0 * n_buckets_used) / n_buckets);
243   fprintf (stream, "max bucket length: %lu\n",
244            (unsigned long int) max_bucket_length);
245 }
246
247 /* If ENTRY matches an entry already in the hash table, return the
248    entry from the table.  Otherwise, return NULL.  */
249
250 void *
251 hash_lookup (const Hash_table *table, const void *entry)
252 {
253   struct hash_entry const *bucket
254     = table->bucket + table->hasher (entry, table->n_buckets);
255   struct hash_entry const *cursor;
256
257   if (! (bucket < table->bucket_limit))
258     abort ();
259
260   if (bucket->data == NULL)
261     return NULL;
262
263   for (cursor = bucket; cursor; cursor = cursor->next)
264     if (entry == cursor->data || table->comparator (entry, cursor->data))
265       return cursor->data;
266
267   return NULL;
268 }
269
270 /* Walking.  */
271
272 /* The functions in this page traverse the hash table and process the
273    contained entries.  For the traversal to work properly, the hash table
274    should not be resized nor modified while any particular entry is being
275    processed.  In particular, entries should not be added, and an entry
276    may be removed only if there is no shrink threshold and the entry being
277    removed has already been passed to hash_get_next.  */
278
279 /* Return the first data in the table, or NULL if the table is empty.  */
280
281 void *
282 hash_get_first (const Hash_table *table)
283 {
284   struct hash_entry const *bucket;
285
286   if (table->n_entries == 0)
287     return NULL;
288
289   for (bucket = table->bucket; ; bucket++)
290     if (! (bucket < table->bucket_limit))
291       abort ();
292     else if (bucket->data)
293       return bucket->data;
294 }
295
296 /* Return the user data for the entry following ENTRY, where ENTRY has been
297    returned by a previous call to either `hash_get_first' or `hash_get_next'.
298    Return NULL if there are no more entries.  */
299
300 void *
301 hash_get_next (const Hash_table *table, const void *entry)
302 {
303   struct hash_entry const *bucket
304     = table->bucket + table->hasher (entry, table->n_buckets);
305   struct hash_entry const *cursor;
306
307   if (! (bucket < table->bucket_limit))
308     abort ();
309
310   /* Find next entry in the same bucket.  */
311   for (cursor = bucket; cursor; cursor = cursor->next)
312     if (cursor->data == entry && cursor->next)
313       return cursor->next->data;
314
315   /* Find first entry in any subsequent bucket.  */
316   while (++bucket < table->bucket_limit)
317     if (bucket->data)
318       return bucket->data;
319
320   /* None found.  */
321   return NULL;
322 }
323
324 /* Fill BUFFER with pointers to active user entries in the hash table, then
325    return the number of pointers copied.  Do not copy more than BUFFER_SIZE
326    pointers.  */
327
328 size_t
329 hash_get_entries (const Hash_table *table, void **buffer,
330                   size_t buffer_size)
331 {
332   size_t counter = 0;
333   struct hash_entry const *bucket;
334   struct hash_entry const *cursor;
335
336   for (bucket = table->bucket; bucket < table->bucket_limit; bucket++)
337     {
338       if (bucket->data)
339         {
340           for (cursor = bucket; cursor; cursor = cursor->next)
341             {
342               if (counter >= buffer_size)
343                 return counter;
344               buffer[counter++] = cursor->data;
345             }
346         }
347     }
348
349   return counter;
350 }
351
352 /* Call a PROCESSOR function for each entry of a hash table, and return the
353    number of entries for which the processor function returned success.  A
354    pointer to some PROCESSOR_DATA which will be made available to each call to
355    the processor function.  The PROCESSOR accepts two arguments: the first is
356    the user entry being walked into, the second is the value of PROCESSOR_DATA
357    as received.  The walking continue for as long as the PROCESSOR function
358    returns nonzero.  When it returns zero, the walking is interrupted.  */
359
360 size_t
361 hash_do_for_each (const Hash_table *table, Hash_processor processor,
362                   void *processor_data)
363 {
364   size_t counter = 0;
365   struct hash_entry const *bucket;
366   struct hash_entry const *cursor;
367
368   for (bucket = table->bucket; bucket < table->bucket_limit; bucket++)
369     {
370       if (bucket->data)
371         {
372           for (cursor = bucket; cursor; cursor = cursor->next)
373             {
374               if (! processor (cursor->data, processor_data))
375                 return counter;
376               counter++;
377             }
378         }
379     }
380
381   return counter;
382 }
383
384 /* Allocation and clean-up.  */
385
386 /* Return a hash index for a NUL-terminated STRING between 0 and N_BUCKETS-1.
387    This is a convenience routine for constructing other hashing functions.  */
388
389 #if USE_DIFF_HASH
390
391 /* About hashings, Paul Eggert writes to me (FP), on 1994-01-01: "Please see
392    B. J. McKenzie, R. Harries & T. Bell, Selecting a hashing algorithm,
393    Software--practice & experience 20, 2 (Feb 1990), 209-224.  Good hash
394    algorithms tend to be domain-specific, so what's good for [diffutils'] io.c
395    may not be good for your application."  */
396
397 size_t
398 hash_string (const char *string, size_t n_buckets)
399 {
400 # define HASH_ONE_CHAR(Value, Byte) \
401   ((Byte) + rotl_sz (Value, 7))
402
403   size_t value = 0;
404   unsigned char ch;
405
406   for (; (ch = *string); string++)
407     value = HASH_ONE_CHAR (value, ch);
408   return value % n_buckets;
409
410 # undef HASH_ONE_CHAR
411 }
412
413 #else /* not USE_DIFF_HASH */
414
415 /* This one comes from `recode', and performs a bit better than the above as
416    per a few experiments.  It is inspired from a hashing routine found in the
417    very old Cyber `snoop', itself written in typical Greg Mansfield style.
418    (By the way, what happened to this excellent man?  Is he still alive?)  */
419
420 size_t
421 hash_string (const char *string, size_t n_buckets)
422 {
423   size_t value = 0;
424   unsigned char ch;
425
426   for (; (ch = *string); string++)
427     value = (value * 31 + ch) % n_buckets;
428   return value;
429 }
430
431 #endif /* not USE_DIFF_HASH */
432
433 /* Return true if CANDIDATE is a prime number.  CANDIDATE should be an odd
434    number at least equal to 11.  */
435
436 static bool
437 is_prime (size_t candidate)
438 {
439   size_t divisor = 3;
440   size_t square = divisor * divisor;
441
442   while (square < candidate && (candidate % divisor))
443     {
444       divisor++;
445       square += 4 * divisor;
446       divisor++;
447     }
448
449   return (candidate % divisor ? true : false);
450 }
451
452 /* Round a given CANDIDATE number up to the nearest prime, and return that
453    prime.  Primes lower than 10 are merely skipped.  */
454
455 static size_t
456 next_prime (size_t candidate)
457 {
458   /* Skip small primes.  */
459   if (candidate < 10)
460     candidate = 10;
461
462   /* Make it definitely odd.  */
463   candidate |= 1;
464
465   while (SIZE_MAX != candidate && !is_prime (candidate))
466     candidate += 2;
467
468   return candidate;
469 }
470
471 void
472 hash_reset_tuning (Hash_tuning *tuning)
473 {
474   *tuning = default_tuning;
475 }
476
477 /* If the user passes a NULL hasher, we hash the raw pointer.  */
478 static size_t
479 raw_hasher (const void *data, size_t n)
480 {
481   /* When hashing unique pointers, it is often the case that they were
482      generated by malloc and thus have the property that the low-order
483      bits are 0.  As this tends to give poorer performance with small
484      tables, we rotate the pointer value before performing division,
485      in an attempt to improve hash quality.  */
486   size_t val = rotr_sz ((size_t) data, 3);
487   return val % n;
488 }
489
490 /* If the user passes a NULL comparator, we use pointer comparison.  */
491 static bool
492 raw_comparator (const void *a, const void *b)
493 {
494   return a == b;
495 }
496
497
498 /* For the given hash TABLE, check the user supplied tuning structure for
499    reasonable values, and return true if there is no gross error with it.
500    Otherwise, definitively reset the TUNING field to some acceptable default
501    in the hash table (that is, the user loses the right of further modifying
502    tuning arguments), and return false.  */
503
504 static bool
505 check_tuning (Hash_table *table)
506 {
507   const Hash_tuning *tuning = table->tuning;
508   if (tuning == &default_tuning)
509     return true;
510
511   /* Be a bit stricter than mathematics would require, so that
512      rounding errors in size calculations do not cause allocations to
513      fail to grow or shrink as they should.  The smallest allocation
514      is 11 (due to next_prime's algorithm), so an epsilon of 0.1
515      should be good enough.  */
516   float epsilon = 0.1f;
517
518   if (epsilon < tuning->growth_threshold
519       && tuning->growth_threshold < 1 - epsilon
520       && 1 + epsilon < tuning->growth_factor
521       && 0 <= tuning->shrink_threshold
522       && tuning->shrink_threshold + epsilon < tuning->shrink_factor
523       && tuning->shrink_factor <= 1
524       && tuning->shrink_threshold + epsilon < tuning->growth_threshold)
525     return true;
526
527   table->tuning = &default_tuning;
528   return false;
529 }
530
531 /* Compute the size of the bucket array for the given CANDIDATE and
532    TUNING, or return 0 if there is no possible way to allocate that
533    many entries.  */
534
535 static size_t
536 compute_bucket_size (size_t candidate, const Hash_tuning *tuning)
537 {
538   if (!tuning->is_n_buckets)
539     {
540       float new_candidate = candidate / tuning->growth_threshold;
541       if (SIZE_MAX <= new_candidate)
542         return 0;
543       candidate = new_candidate;
544     }
545   candidate = next_prime (candidate);
546   if (xalloc_oversized (candidate, sizeof (struct hash_entry *)))
547     return 0;
548   return candidate;
549 }
550
551 /* Allocate and return a new hash table, or NULL upon failure.  The initial
552    number of buckets is automatically selected so as to _guarantee_ that you
553    may insert at least CANDIDATE different user entries before any growth of
554    the hash table size occurs.  So, if have a reasonably tight a-priori upper
555    bound on the number of entries you intend to insert in the hash table, you
556    may save some table memory and insertion time, by specifying it here.  If
557    the IS_N_BUCKETS field of the TUNING structure is true, the CANDIDATE
558    argument has its meaning changed to the wanted number of buckets.
559
560    TUNING points to a structure of user-supplied values, in case some fine
561    tuning is wanted over the default behavior of the hasher.  If TUNING is
562    NULL, the default tuning parameters are used instead.  If TUNING is
563    provided but the values requested are out of bounds or might cause
564    rounding errors, return NULL.
565
566    The user-supplied HASHER function, when not NULL, accepts two
567    arguments ENTRY and TABLE_SIZE.  It computes, by hashing ENTRY contents, a
568    slot number for that entry which should be in the range 0..TABLE_SIZE-1.
569    This slot number is then returned.
570
571    The user-supplied COMPARATOR function, when not NULL, accepts two
572    arguments pointing to user data, it then returns true for a pair of entries
573    that compare equal, or false otherwise.  This function is internally called
574    on entries which are already known to hash to the same bucket index,
575    but which are distinct pointers.
576
577    The user-supplied DATA_FREER function, when not NULL, may be later called
578    with the user data as an argument, just before the entry containing the
579    data gets freed.  This happens from within `hash_free' or `hash_clear'.
580    You should specify this function only if you want these functions to free
581    all of your `data' data.  This is typically the case when your data is
582    simply an auxiliary struct that you have malloc'd to aggregate several
583    values.  */
584
585 Hash_table *
586 hash_initialize (size_t candidate, const Hash_tuning *tuning,
587                  Hash_hasher hasher, Hash_comparator comparator,
588                  Hash_data_freer data_freer)
589 {
590   Hash_table *table;
591
592   if (hasher == NULL)
593     hasher = raw_hasher;
594   if (comparator == NULL)
595     comparator = raw_comparator;
596
597   table = malloc (sizeof *table);
598   if (table == NULL)
599     return NULL;
600
601   if (!tuning)
602     tuning = &default_tuning;
603   table->tuning = tuning;
604   if (!check_tuning (table))
605     {
606       /* Fail if the tuning options are invalid.  This is the only occasion
607          when the user gets some feedback about it.  Once the table is created,
608          if the user provides invalid tuning options, we silently revert to
609          using the defaults, and ignore further request to change the tuning
610          options.  */
611       goto fail;
612     }
613
614   table->n_buckets = compute_bucket_size (candidate, tuning);
615   if (!table->n_buckets)
616     goto fail;
617
618   table->bucket = calloc (table->n_buckets, sizeof *table->bucket);
619   if (table->bucket == NULL)
620     goto fail;
621   table->bucket_limit = table->bucket + table->n_buckets;
622   table->n_buckets_used = 0;
623   table->n_entries = 0;
624
625   table->hasher = hasher;
626   table->comparator = comparator;
627   table->data_freer = data_freer;
628
629   table->free_entry_list = NULL;
630 #if USE_OBSTACK
631   obstack_init (&table->entry_stack);
632 #endif
633   return table;
634
635  fail:
636   free (table);
637   return NULL;
638 }
639
640 /* Make all buckets empty, placing any chained entries on the free list.
641    Apply the user-specified function data_freer (if any) to the datas of any
642    affected entries.  */
643
644 void
645 hash_clear (Hash_table *table)
646 {
647   struct hash_entry *bucket;
648
649   for (bucket = table->bucket; bucket < table->bucket_limit; bucket++)
650     {
651       if (bucket->data)
652         {
653           struct hash_entry *cursor;
654           struct hash_entry *next;
655
656           /* Free the bucket overflow.  */
657           for (cursor = bucket->next; cursor; cursor = next)
658             {
659               if (table->data_freer)
660                 table->data_freer (cursor->data);
661               cursor->data = NULL;
662
663               next = cursor->next;
664               /* Relinking is done one entry at a time, as it is to be expected
665                  that overflows are either rare or short.  */
666               cursor->next = table->free_entry_list;
667               table->free_entry_list = cursor;
668             }
669
670           /* Free the bucket head.  */
671           if (table->data_freer)
672             table->data_freer (bucket->data);
673           bucket->data = NULL;
674           bucket->next = NULL;
675         }
676     }
677
678   table->n_buckets_used = 0;
679   table->n_entries = 0;
680 }
681
682 /* Reclaim all storage associated with a hash table.  If a data_freer
683    function has been supplied by the user when the hash table was created,
684    this function applies it to the data of each entry before freeing that
685    entry.  */
686
687 void
688 hash_free (Hash_table *table)
689 {
690   struct hash_entry *bucket;
691   struct hash_entry *cursor;
692   struct hash_entry *next;
693
694   /* Call the user data_freer function.  */
695   if (table->data_freer && table->n_entries)
696     {
697       for (bucket = table->bucket; bucket < table->bucket_limit; bucket++)
698         {
699           if (bucket->data)
700             {
701               for (cursor = bucket; cursor; cursor = cursor->next)
702                 table->data_freer (cursor->data);
703             }
704         }
705     }
706
707 #if USE_OBSTACK
708
709   obstack_free (&table->entry_stack, NULL);
710
711 #else
712
713   /* Free all bucket overflowed entries.  */
714   for (bucket = table->bucket; bucket < table->bucket_limit; bucket++)
715     {
716       for (cursor = bucket->next; cursor; cursor = next)
717         {
718           next = cursor->next;
719           free (cursor);
720         }
721     }
722
723   /* Also reclaim the internal list of previously freed entries.  */
724   for (cursor = table->free_entry_list; cursor; cursor = next)
725     {
726       next = cursor->next;
727       free (cursor);
728     }
729
730 #endif
731
732   /* Free the remainder of the hash table structure.  */
733   free (table->bucket);
734   free (table);
735 }
736
737 /* Insertion and deletion.  */
738
739 /* Get a new hash entry for a bucket overflow, possibly by recycling a
740    previously freed one.  If this is not possible, allocate a new one.  */
741
742 static struct hash_entry *
743 allocate_entry (Hash_table *table)
744 {
745   struct hash_entry *new;
746
747   if (table->free_entry_list)
748     {
749       new = table->free_entry_list;
750       table->free_entry_list = new->next;
751     }
752   else
753     {
754 #if USE_OBSTACK
755       new = obstack_alloc (&table->entry_stack, sizeof *new);
756 #else
757       new = malloc (sizeof *new);
758 #endif
759     }
760
761   return new;
762 }
763
764 /* Free a hash entry which was part of some bucket overflow,
765    saving it for later recycling.  */
766
767 static void
768 free_entry (Hash_table *table, struct hash_entry *entry)
769 {
770   entry->data = NULL;
771   entry->next = table->free_entry_list;
772   table->free_entry_list = entry;
773 }
774
775 /* This private function is used to help with insertion and deletion.  When
776    ENTRY matches an entry in the table, return a pointer to the corresponding
777    user data and set *BUCKET_HEAD to the head of the selected bucket.
778    Otherwise, return NULL.  When DELETE is true and ENTRY matches an entry in
779    the table, unlink the matching entry.  */
780
781 static void *
782 hash_find_entry (Hash_table *table, const void *entry,
783                  struct hash_entry **bucket_head, bool delete)
784 {
785   struct hash_entry *bucket
786     = table->bucket + table->hasher (entry, table->n_buckets);
787   struct hash_entry *cursor;
788
789   if (! (bucket < table->bucket_limit))
790     abort ();
791
792   *bucket_head = bucket;
793
794   /* Test for empty bucket.  */
795   if (bucket->data == NULL)
796     return NULL;
797
798   /* See if the entry is the first in the bucket.  */
799   if (entry == bucket->data || table->comparator (entry, bucket->data))
800     {
801       void *data = bucket->data;
802
803       if (delete)
804         {
805           if (bucket->next)
806             {
807               struct hash_entry *next = bucket->next;
808
809               /* Bump the first overflow entry into the bucket head, then save
810                  the previous first overflow entry for later recycling.  */
811               *bucket = *next;
812               free_entry (table, next);
813             }
814           else
815             {
816               bucket->data = NULL;
817             }
818         }
819
820       return data;
821     }
822
823   /* Scan the bucket overflow.  */
824   for (cursor = bucket; cursor->next; cursor = cursor->next)
825     {
826       if (entry == cursor->next->data
827           || table->comparator (entry, cursor->next->data))
828         {
829           void *data = cursor->next->data;
830
831           if (delete)
832             {
833               struct hash_entry *next = cursor->next;
834
835               /* Unlink the entry to delete, then save the freed entry for later
836                  recycling.  */
837               cursor->next = next->next;
838               free_entry (table, next);
839             }
840
841           return data;
842         }
843     }
844
845   /* No entry found.  */
846   return NULL;
847 }
848
849 /* Internal helper, to move entries from SRC to DST.  Both tables must
850    share the same free entry list.  If SAFE, only move overflow
851    entries, saving bucket heads for later, so that no allocations will
852    occur.  Return false if the free entry list is exhausted and an
853    allocation fails.  */
854
855 static bool
856 transfer_entries (Hash_table *dst, Hash_table *src, bool safe)
857 {
858   struct hash_entry *bucket;
859   struct hash_entry *cursor;
860   struct hash_entry *next;
861   for (bucket = src->bucket; bucket < src->bucket_limit; bucket++)
862     if (bucket->data)
863       {
864         void *data;
865         struct hash_entry *new_bucket;
866
867         /* Within each bucket, transfer overflow entries first and
868            then the bucket head, to minimize memory pressure.  After
869            all, the only time we might allocate is when moving the
870            bucket head, but moving overflow entries first may create
871            free entries that can be recycled by the time we finally
872            get to the bucket head.  */
873         for (cursor = bucket->next; cursor; cursor = next)
874           {
875             data = cursor->data;
876             new_bucket = (dst->bucket + dst->hasher (data, dst->n_buckets));
877
878             if (! (new_bucket < dst->bucket_limit))
879               abort ();
880
881             next = cursor->next;
882
883             if (new_bucket->data)
884               {
885                 /* Merely relink an existing entry, when moving from a
886                    bucket overflow into a bucket overflow.  */
887                 cursor->next = new_bucket->next;
888                 new_bucket->next = cursor;
889               }
890             else
891               {
892                 /* Free an existing entry, when moving from a bucket
893                    overflow into a bucket header.  */
894                 new_bucket->data = data;
895                 dst->n_buckets_used++;
896                 free_entry (dst, cursor);
897               }
898           }
899         /* Now move the bucket head.  Be sure that if we fail due to
900            allocation failure that the src table is in a consistent
901            state.  */
902         data = bucket->data;
903         bucket->next = NULL;
904         if (safe)
905           continue;
906         new_bucket = (dst->bucket + dst->hasher (data, dst->n_buckets));
907
908         if (! (new_bucket < dst->bucket_limit))
909           abort ();
910
911         if (new_bucket->data)
912           {
913             /* Allocate or recycle an entry, when moving from a bucket
914                header into a bucket overflow.  */
915             struct hash_entry *new_entry = allocate_entry (dst);
916
917             if (new_entry == NULL)
918               return false;
919
920             new_entry->data = data;
921             new_entry->next = new_bucket->next;
922             new_bucket->next = new_entry;
923           }
924         else
925           {
926             /* Move from one bucket header to another.  */
927             new_bucket->data = data;
928             dst->n_buckets_used++;
929           }
930         bucket->data = NULL;
931         src->n_buckets_used--;
932       }
933   return true;
934 }
935
936 /* For an already existing hash table, change the number of buckets through
937    specifying CANDIDATE.  The contents of the hash table are preserved.  The
938    new number of buckets is automatically selected so as to _guarantee_ that
939    the table may receive at least CANDIDATE different user entries, including
940    those already in the table, before any other growth of the hash table size
941    occurs.  If TUNING->IS_N_BUCKETS is true, then CANDIDATE specifies the
942    exact number of buckets desired.  Return true iff the rehash succeeded.  */
943
944 bool
945 hash_rehash (Hash_table *table, size_t candidate)
946 {
947   Hash_table storage;
948   Hash_table *new_table;
949   size_t new_size = compute_bucket_size (candidate, table->tuning);
950
951   if (!new_size)
952     return false;
953   if (new_size == table->n_buckets)
954     return true;
955   new_table = &storage;
956   new_table->bucket = calloc (new_size, sizeof *new_table->bucket);
957   if (new_table->bucket == NULL)
958     return false;
959   new_table->n_buckets = new_size;
960   new_table->bucket_limit = new_table->bucket + new_size;
961   new_table->n_buckets_used = 0;
962   new_table->n_entries = 0;
963   new_table->tuning = table->tuning;
964   new_table->hasher = table->hasher;
965   new_table->comparator = table->comparator;
966   new_table->data_freer = table->data_freer;
967
968   /* In order for the transfer to successfully complete, we need
969      additional overflow entries when distinct buckets in the old
970      table collide into a common bucket in the new table.  The worst
971      case possible is a hasher that gives a good spread with the old
972      size, but returns a constant with the new size; if we were to
973      guarantee table->n_buckets_used-1 free entries in advance, then
974      the transfer would be guaranteed to not allocate memory.
975      However, for large tables, a guarantee of no further allocation
976      introduces a lot of extra memory pressure, all for an unlikely
977      corner case (most rehashes reduce, rather than increase, the
978      number of overflow entries needed).  So, we instead ensure that
979      the transfer process can be reversed if we hit a memory
980      allocation failure mid-transfer.  */
981
982   /* Merely reuse the extra old space into the new table.  */
983 #if USE_OBSTACK
984   new_table->entry_stack = table->entry_stack;
985 #endif
986   new_table->free_entry_list = table->free_entry_list;
987
988   if (transfer_entries (new_table, table, false))
989     {
990       /* Entries transferred successfully; tie up the loose ends.  */
991       free (table->bucket);
992       table->bucket = new_table->bucket;
993       table->bucket_limit = new_table->bucket_limit;
994       table->n_buckets = new_table->n_buckets;
995       table->n_buckets_used = new_table->n_buckets_used;
996       table->free_entry_list = new_table->free_entry_list;
997       /* table->n_entries and table->entry_stack already hold their value.  */
998       return true;
999     }
1000
1001   /* We've allocated new_table->bucket (and possibly some entries),
1002      exhausted the free list, and moved some but not all entries into
1003      new_table.  We must undo the partial move before returning
1004      failure.  The only way to get into this situation is if new_table
1005      uses fewer buckets than the old table, so we will reclaim some
1006      free entries as overflows in the new table are put back into
1007      distinct buckets in the old table.
1008
1009      There are some pathological cases where a single pass through the
1010      table requires more intermediate overflow entries than using two
1011      passes.  Two passes give worse cache performance and takes
1012      longer, but at this point, we're already out of memory, so slow
1013      and safe is better than failure.  */
1014   table->free_entry_list = new_table->free_entry_list;
1015   if (! (transfer_entries (table, new_table, true)
1016          && transfer_entries (table, new_table, false)))
1017     abort ();
1018   /* table->n_entries already holds its value.  */
1019   free (new_table->bucket);
1020   return false;
1021 }
1022
1023 /* If ENTRY matches an entry already in the hash table, return the pointer
1024    to the entry from the table.  Otherwise, insert ENTRY and return ENTRY.
1025    Return NULL if the storage required for insertion cannot be allocated.
1026    This implementation does not support duplicate entries or insertion of
1027    NULL.  */
1028
1029 void *
1030 hash_insert (Hash_table *table, const void *entry)
1031 {
1032   void *data;
1033   struct hash_entry *bucket;
1034
1035   /* The caller cannot insert a NULL entry.  */
1036   if (! entry)
1037     abort ();
1038
1039   /* If there's a matching entry already in the table, return that.  */
1040   if ((data = hash_find_entry (table, entry, &bucket, false)) != NULL)
1041     return data;
1042
1043   /* If the growth threshold of the buckets in use has been reached, increase
1044      the table size and rehash.  There's no point in checking the number of
1045      entries:  if the hashing function is ill-conditioned, rehashing is not
1046      likely to improve it.  */
1047
1048   if (table->n_buckets_used
1049       > table->tuning->growth_threshold * table->n_buckets)
1050     {
1051       /* Check more fully, before starting real work.  If tuning arguments
1052          became invalid, the second check will rely on proper defaults.  */
1053       check_tuning (table);
1054       if (table->n_buckets_used
1055           > table->tuning->growth_threshold * table->n_buckets)
1056         {
1057           const Hash_tuning *tuning = table->tuning;
1058           float candidate =
1059             (tuning->is_n_buckets
1060              ? (table->n_buckets * tuning->growth_factor)
1061              : (table->n_buckets * tuning->growth_factor
1062                 * tuning->growth_threshold));
1063
1064           if (SIZE_MAX <= candidate)
1065             return NULL;
1066
1067           /* If the rehash fails, arrange to return NULL.  */
1068           if (!hash_rehash (table, candidate))
1069             return NULL;
1070
1071           /* Update the bucket we are interested in.  */
1072           if (hash_find_entry (table, entry, &bucket, false) != NULL)
1073             abort ();
1074         }
1075     }
1076
1077   /* ENTRY is not matched, it should be inserted.  */
1078
1079   if (bucket->data)
1080     {
1081       struct hash_entry *new_entry = allocate_entry (table);
1082
1083       if (new_entry == NULL)
1084         return NULL;
1085
1086       /* Add ENTRY in the overflow of the bucket.  */
1087
1088       new_entry->data = (void *) entry;
1089       new_entry->next = bucket->next;
1090       bucket->next = new_entry;
1091       table->n_entries++;
1092       return (void *) entry;
1093     }
1094
1095   /* Add ENTRY right in the bucket head.  */
1096
1097   bucket->data = (void *) entry;
1098   table->n_entries++;
1099   table->n_buckets_used++;
1100
1101   return (void *) entry;
1102 }
1103
1104 /* If ENTRY is already in the table, remove it and return the just-deleted
1105    data (the user may want to deallocate its storage).  If ENTRY is not in the
1106    table, don't modify the table and return NULL.  */
1107
1108 void *
1109 hash_delete (Hash_table *table, const void *entry)
1110 {
1111   void *data;
1112   struct hash_entry *bucket;
1113
1114   data = hash_find_entry (table, entry, &bucket, true);
1115   if (!data)
1116     return NULL;
1117
1118   table->n_entries--;
1119   if (!bucket->data)
1120     {
1121       table->n_buckets_used--;
1122
1123       /* If the shrink threshold of the buckets in use has been reached,
1124          rehash into a smaller table.  */
1125
1126       if (table->n_buckets_used
1127           < table->tuning->shrink_threshold * table->n_buckets)
1128         {
1129           /* Check more fully, before starting real work.  If tuning arguments
1130              became invalid, the second check will rely on proper defaults.  */
1131           check_tuning (table);
1132           if (table->n_buckets_used
1133               < table->tuning->shrink_threshold * table->n_buckets)
1134             {
1135               const Hash_tuning *tuning = table->tuning;
1136               size_t candidate =
1137                 (tuning->is_n_buckets
1138                  ? table->n_buckets * tuning->shrink_factor
1139                  : (table->n_buckets * tuning->shrink_factor
1140                     * tuning->growth_threshold));
1141
1142               if (!hash_rehash (table, candidate))
1143                 {
1144                   /* Failure to allocate memory in an attempt to
1145                      shrink the table is not fatal.  But since memory
1146                      is low, we can at least be kind and free any
1147                      spare entries, rather than keeping them tied up
1148                      in the free entry list.  */
1149 #if ! USE_OBSTACK
1150                   struct hash_entry *cursor = table->free_entry_list;
1151                   struct hash_entry *next;
1152                   while (cursor)
1153                     {
1154                       next = cursor->next;
1155                       free (cursor);
1156                       cursor = next;
1157                     }
1158                   table->free_entry_list = NULL;
1159 #endif
1160                 }
1161             }
1162         }
1163     }
1164
1165   return data;
1166 }
1167
1168 /* Testing.  */
1169
1170 #if TESTING
1171
1172 void
1173 hash_print (const Hash_table *table)
1174 {
1175   struct hash_entry *bucket = (struct hash_entry *) table->bucket;
1176
1177   for ( ; bucket < table->bucket_limit; bucket++)
1178     {
1179       struct hash_entry *cursor;
1180
1181       if (bucket)
1182         printf ("%lu:\n", (unsigned long int) (bucket - table->bucket));
1183
1184       for (cursor = bucket; cursor; cursor = cursor->next)
1185         {
1186           char const *s = cursor->data;
1187           /* FIXME */
1188           if (s)
1189             printf ("  %s\n", s);
1190         }
1191     }
1192 }
1193
1194 #endif /* TESTING */