]> sjero.net Git - wget/blob - src/hash.c
[svn] Renamed wget.h XDIGIT-related macros to (hopefully) clearer names.
[wget] / src / hash.c
1 /* Hash tables.
2    Copyright (C) 2000, 2001 Free Software Foundation, Inc.
3
4 This file is part of GNU Wget.
5
6 GNU Wget is free software; you can redistribute it and/or modify
7 it under the terms of the GNU General Public License as published by
8 the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or (at
9 your option) any later version.
10
11 GNU Wget is distributed in the hope that it will be useful,
12 but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13 MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14 GNU General Public License for more details.
15
16 You should have received a copy of the GNU General Public License
17 along with Wget; if not, write to the Free Software
18 Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
19
20 In addition, as a special exception, the Free Software Foundation
21 gives permission to link the code of its release of Wget with the
22 OpenSSL project's "OpenSSL" library (or with modified versions of it
23 that use the same license as the "OpenSSL" library), and distribute
24 the linked executables.  You must obey the GNU General Public License
25 in all respects for all of the code used other than "OpenSSL".  If you
26 modify this file, you may extend this exception to your version of the
27 file, but you are not obligated to do so.  If you do not wish to do
28 so, delete this exception statement from your version.  */
29
30 #ifdef HAVE_CONFIG_H
31 # include <config.h>
32 #endif
33
34 #ifdef HAVE_STRING_H
35 # include <string.h>
36 #else
37 # include <strings.h>
38 #endif /* HAVE_STRING_H */
39 #include <stdlib.h>
40 #include <assert.h>
41
42 #include "wget.h"
43 #include "utils.h"
44
45 #include "hash.h"
46
47 #ifdef STANDALONE
48 # undef xmalloc
49 # undef xrealloc
50 # undef xfree
51
52 # define xmalloc malloc
53 # define xrealloc realloc
54 # define xfree free
55
56 # undef TOLOWER
57 # define TOLOWER(x) ('A' <= (x) && (x) <= 'Z' ? (x) - 32 : (x))
58 #endif
59
60 /* INTERFACE:
61
62    Hash tables are an implementation technique used to implement
63    mapping between objects.  Provided a good hashing function is used,
64    they guarantee constant-time access and storing of information.
65    Duplicate keys are not allowed.
66
67    The basics are all covered.  hash_table_new creates a hash table,
68    and hash_table_destroy deletes it.  hash_table_put establishes a
69    mapping between a key and a value.  hash_table_get retrieves the
70    value that corresponds to a key.  hash_table_contains queries
71    whether a key is stored in a table at all.  hash_table_remove
72    removes a mapping that corresponds to a key.  hash_table_map allows
73    you to map through all the entries in a hash table.
74    hash_table_clear clears all the entries from the hash table.
75
76    The number of mappings in a table is not limited, except by the
77    amount of memory.  As you add new elements to a table, it regrows
78    as necessary.  If you have an idea about how many elements you will
79    store, you can provide a hint to hash_table_new().
80
81    The hashing and equality functions are normally provided by the
82    user.  For the special (and frequent) case of hashing strings, you
83    can use the pre-canned make_string_hash_table(), which provides an
84    efficient string hashing function, and a string equality wrapper
85    around strcmp().
86
87    When specifying your own hash and test functions, make sure the
88    following holds true:
89
90    - The test function returns non-zero for keys that are considered
91      "equal", zero otherwise.
92
93    - The hash function returns a number that represents the
94      "distinctness" of the object.  In more precise terms, it means
95      that for any two objects that test "equal" under the test
96      function, the hash function MUST produce the same result.
97
98      This does not mean that each distinct object must produce a
99      distinct value, only that non-distinct objects must produce the
100      same values!  For instance, a hash function that returns 0 for
101      any given object is a perfectly valid (albeit extremely bad) hash
102      function.  A hash function that hashes a string by adding up all
103      its characters is another example of a valid (but quite bad) hash
104      function.
105
106      The above stated rule is quite easy to enforce.  For example, if
107      your testing function compares strings case-insensitively, all
108      your function needs to do is lower-case the string characters
109      before calculating a hash.  That way you have easily guaranteed
110      that case differences will not result in a different hash.
111
112    - (optional) Choose the hash function to get as good "spreading" as
113      possible.  A good hash function will react to even a small change
114      in its input with a completely different resulting hash.
115      Finally, don't make your hash function extremely slow, because
116      you're then defeating the purpose of hashing.
117
118    Note that neither keys nor values are copied when inserted into the
119    hash table, so they must exist for the lifetime of the table.  This
120    means that e.g. the use of static strings is OK, but objects with a
121    shorter life-time need to be copied (with strdup() or the like in
122    the case of strings) before being inserted.  */
123
124 /* IMPLEMENTATION:
125
126    All the hash mappings (key-value pairs of pointers) are stored in a
127    contiguous array.  The position of each mapping is determined by
128    applying the hash function to the key: location = hash(key) % size.
129    If two different keys end up on the same position, the collision is
130    resolved by placing the second mapping at the next empty place in
131    the array following the occupied place.  This method of collision
132    resolution is called "linear probing".
133
134    There are more advanced collision resolution mechanisms (quadratic
135    probing, double hashing), but we don't use them because they
136    involve more non-sequential access to the array, and therefore
137    worse cache behavior.  Linear probing works well as long as the
138    fullness/size ratio is kept below 75%.  We make sure to regrow or
139    rehash the hash table whenever this threshold is exceeded.
140
141    Collisions make deletion tricky because finding collisions again
142    relies on new empty spots not being created.  That's why
143    hash_table_remove is careful to rehash the mappings that follow the
144    deleted one.  */
145
146 struct mapping {
147   void *key;
148   void *value;
149 };
150
151 struct hash_table {
152   unsigned long (*hash_function) PARAMS ((const void *));
153   int (*test_function) PARAMS ((const void *, const void *));
154
155   int size;                     /* size of the array */
156   int count;                    /* number of non-empty, non-deleted
157                                    fields. */
158
159   int resize_threshold;         /* after size exceeds this number of
160                                    entries, resize the table.  */
161   int prime_offset;             /* the offset of the current prime in
162                                    the prime table. */
163
164   struct mapping *mappings;     /* the array of mapping pairs. */
165 };
166
167 #define EMPTY_MAPPING_P(mp)  ((mp)->key == NULL)
168 #define NEXT_MAPPING(mp, mappings, size) (mp == mappings + (size - 1)   \
169                                           ? mappings : mp + 1)
170
171 #define LOOP_NON_EMPTY(mp, mappings, size)                              \
172   for (; !EMPTY_MAPPING_P (mp); mp = NEXT_MAPPING (mp, mappings, size))
173
174 /* #### We might want to multiply with the "golden ratio" here to get
175    better randomness for keys that do not result from a good hash
176    function.  This is currently not a problem in Wget because we only
177    use the string hash tables.  */
178
179 #define HASH_POSITION(ht, key) (ht->hash_function (key) % ht->size)
180
181 /* Find a prime near, but greather than or equal to SIZE.  Of course,
182    the primes are not calculated, but looked up from a table.  The
183    table does not contain all primes in range, just a selection useful
184    for this purpose.
185
186    PRIME_OFFSET is a micro-optimization: if specified, it starts the
187    search for the prime number beginning with the specific offset in
188    the prime number table.  The final offset is stored in the same
189    variable.  */
190
191 static int
192 prime_size (int size, int *prime_offset)
193 {
194   static const unsigned long primes [] = {
195     13, 19, 29, 41, 59, 79, 107, 149, 197, 263, 347, 457, 599, 787, 1031,
196     1361, 1777, 2333, 3037, 3967, 5167, 6719, 8737, 11369, 14783,
197     19219, 24989, 32491, 42257, 54941, 71429, 92861, 120721, 156941,
198     204047, 265271, 344857, 448321, 582821, 757693, 985003, 1280519,
199     1664681, 2164111, 2813353, 3657361, 4754591, 6180989, 8035301,
200     10445899, 13579681, 17653589, 22949669, 29834603, 38784989,
201     50420551, 65546729, 85210757, 110774011, 144006217, 187208107,
202     243370577, 316381771, 411296309, 534685237, 695090819, 903618083,
203     1174703521, 1527114613, 1985248999,
204     (unsigned long)0x99d43ea5, (unsigned long)0xc7fa5177
205   };
206   int i = *prime_offset;
207
208   for (; i < countof (primes); i++)
209     if (primes[i] >= size)
210       {
211         /* Set the offset to the next prime.  That is safe because,
212            next time we are called, it will be with a larger SIZE,
213            which means we could never return the same prime anyway.
214            (If that is not the case, the caller can simply reset
215            *prime_offset.)  */
216         *prime_offset = i + 1;
217         return primes[i];
218       }
219
220   abort ();
221   return 0;
222 }
223
224 /* Create a hash table of INITIAL_SIZE with hash function
225    HASH_FUNCTION and test function TEST_FUNCTION.  INITIAL_SIZE will
226    be rounded to the next prime, so you don't have to worry about it
227    being a prime number.
228
229    Consequently, if you wish to start out with a "small" table which
230    will be regrown as needed, specify INITIAL_SIZE 0.  */
231
232 struct hash_table *
233 hash_table_new (int initial_size,
234                 unsigned long (*hash_function) (const void *),
235                 int (*test_function) (const void *, const void *))
236 {
237   struct hash_table *ht
238     = (struct hash_table *)xmalloc (sizeof (struct hash_table));
239
240   ht->hash_function = hash_function;
241   ht->test_function = test_function;
242
243   ht->prime_offset = 0;
244   ht->size = prime_size (initial_size, &ht->prime_offset);
245   ht->resize_threshold = ht->size * 3 / 4;
246
247   ht->count = 0;
248
249   ht->mappings = xmalloc (ht->size * sizeof (struct mapping));
250   memset (ht->mappings, '\0', ht->size * sizeof (struct mapping));
251
252   return ht;
253 }
254
255 /* Free the data associated with hash table HT. */
256
257 void
258 hash_table_destroy (struct hash_table *ht)
259 {
260   xfree (ht->mappings);
261   xfree (ht);
262 }
263
264 /* The heart of almost all functions in this file -- find the mapping
265    whose KEY is equal to key, using linear probing.  Returns the
266    mapping that matches KEY, or NULL if none matches.  */
267
268 static inline struct mapping *
269 find_mapping (struct hash_table *ht, const void *key)
270 {
271   struct mapping *mappings = ht->mappings;
272   int size = ht->size;
273   struct mapping *mp = mappings + HASH_POSITION (ht, key);
274   int (*equals) PARAMS ((const void *, const void *)) = ht->test_function;
275
276   LOOP_NON_EMPTY (mp, mappings, size)
277     if (equals (key, mp->key))
278       return mp;
279   return NULL;
280 }
281
282 /* Get the value that corresponds to the key KEY in the hash table HT.
283    If no value is found, return NULL.  Note that NULL is a legal value
284    for value; if you are storing NULLs in your hash table, you can use
285    hash_table_contains to be sure that a (possibly NULL) value exists
286    in the table.  Or, you can use hash_table_get_pair instead of this
287    function.  */
288
289 void *
290 hash_table_get (struct hash_table *ht, const void *key)
291 {
292   struct mapping *mp = find_mapping (ht, key);
293   if (mp)
294     return mp->value;
295   else
296     return NULL;
297 }
298
299 /* Like hash_table_get, but writes out the pointers to both key and
300    value.  Returns non-zero on success.  */
301
302 int
303 hash_table_get_pair (struct hash_table *ht, const void *lookup_key,
304                      void *orig_key, void *value)
305 {
306   struct mapping *mp = find_mapping (ht, lookup_key);
307
308   if (mp)
309     {
310       if (orig_key)
311         *(void **)orig_key = mp->key;
312       if (value)
313         *(void **)value = mp->value;
314       return 1;
315     }
316   else
317     return 0;
318 }
319
320 /* Return 1 if HT contains KEY, 0 otherwise. */
321
322 int
323 hash_table_contains (struct hash_table *ht, const void *key)
324 {
325   return find_mapping (ht, key) != NULL;
326 }
327
328 /* Grow hash table HT as necessary, and rehash all the key-value
329    mappings.  */
330
331 static void
332 grow_hash_table (struct hash_table *ht)
333 {
334   struct mapping *old_mappings = ht->mappings;
335   struct mapping *old_end      = ht->mappings + ht->size;
336   struct mapping *mp, *mappings;
337   int newsize;
338
339   newsize = prime_size (ht->size * 2, &ht->prime_offset);
340 #if 0
341   printf ("growing from %d to %d; fullness %.2f%% to %.2f%%\n",
342           ht->size, newsize,
343           (double)100 * ht->count / ht->size,
344           (double)100 * ht->count / newsize);
345 #endif
346
347   ht->size = newsize;
348   ht->resize_threshold = newsize * 3 / 4;
349
350   mappings = xmalloc (ht->size * sizeof (struct mapping));
351   memset (mappings, '\0', ht->size * sizeof (struct mapping));
352   ht->mappings = mappings;
353
354   for (mp = old_mappings; mp < old_end; mp++)
355     if (!EMPTY_MAPPING_P (mp))
356       {
357         struct mapping *new_mp = mappings + HASH_POSITION (ht, mp->key);
358         /* We don't need to call test function and worry about
359            collisions because all the keys come from the hash table
360            and are therefore guaranteed to be unique.  */
361         LOOP_NON_EMPTY (new_mp, mappings, newsize)
362           ;
363         *new_mp = *mp;
364       }
365
366   xfree (old_mappings);
367 }
368
369 /* Put VALUE in the hash table HT under the key KEY.  This regrows the
370    table if necessary.  */
371
372 void
373 hash_table_put (struct hash_table *ht, const void *key, void *value)
374 {
375   struct mapping *mappings = ht->mappings;
376   int size = ht->size;
377   int (*equals) PARAMS ((const void *, const void *)) = ht->test_function;
378
379   struct mapping *mp = mappings + HASH_POSITION (ht, key);
380
381   LOOP_NON_EMPTY (mp, mappings, size)
382     if (equals (key, mp->key))
383       {
384         mp->key   = (void *)key; /* const? */
385         mp->value = value;
386         return;
387       }
388
389   ++ht->count;
390   mp->key   = (void *)key;      /* const? */
391   mp->value = value;
392
393   if (ht->count > ht->resize_threshold)
394     /* When table is 75% full, regrow it. */
395     grow_hash_table (ht);
396 }
397
398 /* Remove a mapping that matches KEY from HT.  Return 0 if there was
399    no such entry; return 1 if an entry was removed.  */
400
401 int
402 hash_table_remove (struct hash_table *ht, const void *key)
403 {
404   struct mapping *mp = find_mapping (ht, key);
405   if (!mp)
406     return 0;
407   else
408     {
409       int size = ht->size;
410       struct mapping *mappings = ht->mappings;
411
412       mp->key = NULL;
413       --ht->count;
414
415       /* Rehash all the entries following MP.  The alternative
416          approach is to mark the entry as deleted, i.e. create a
417          "tombstone".  That makes remove faster, but leaves a lot of
418          garbage and slows down hash_table_get and hash_table_put.  */
419
420       mp = NEXT_MAPPING (mp, mappings, size);
421       LOOP_NON_EMPTY (mp, mappings, size)
422         {
423           const void *key2 = mp->key;
424           struct mapping *mp_new = mappings + HASH_POSITION (ht, key2);
425
426           /* Find the new location for the key. */
427
428           LOOP_NON_EMPTY (mp_new, mappings, size)
429             if (key2 == mp_new->key)
430               /* The mapping MP (key2) is already where we want it (in
431                  MP_NEW's "chain" of keys.)  */
432               goto next_rehash;
433
434           *mp_new = *mp;
435           mp->key = NULL;
436
437         next_rehash:
438           ;
439         }
440       return 1;
441     }
442 }
443
444 /* Clear HT of all entries.  After calling this function, the count
445    and the fullness of the hash table will be zero.  The size will
446    remain unchanged.  */
447
448 void
449 hash_table_clear (struct hash_table *ht)
450 {
451   memset (ht->mappings, '\0', ht->size * sizeof (struct mapping));
452   ht->count = 0;
453 }
454
455 /* Map MAPFUN over all the mappings in hash table HT.  MAPFUN is
456    called with three arguments: the key, the value, and the CLOSURE.
457
458    It is undefined what happens if you add or remove entries in the
459    hash table while hash_table_map is running.  The exception is the
460    entry you're currently mapping over; you may remove or change that
461    entry.  */
462
463 void
464 hash_table_map (struct hash_table *ht,
465                 int (*mapfun) (void *, void *, void *),
466                 void *closure)
467 {
468   struct mapping *mp  = ht->mappings;
469   struct mapping *end = ht->mappings + ht->size;
470
471   for (; mp < end; mp++)
472     if (!EMPTY_MAPPING_P (mp))
473       {
474         void *key;
475       repeat:
476         key = mp->key;
477         if (mapfun (key, mp->value, closure))
478           return;
479         /* hash_table_remove might have moved the adjacent
480            mappings. */
481         if (mp->key != key && !EMPTY_MAPPING_P (mp))
482           goto repeat;
483       }
484 }
485
486 /* Return the number of elements in the hash table.  This is not the
487    same as the physical size of the hash table, which is always
488    greater than the number of elements.  */
489
490 int
491 hash_table_count (struct hash_table *ht)
492 {
493   return ht->count;
494 }
495 \f
496 /* Functions from this point onward are meant for convenience and
497    don't strictly belong to this file.  However, this is as good a
498    place for them as any.  */
499
500 /* ========
501    Support for hash tables whose keys are strings.
502    ======== */
503
504 /* 31 bit hash function.  Taken from Gnome's glib, modified to use
505    standard C types.
506
507    We used to use the popular hash function from the Dragon Book, but
508    this one seems to perform much better.  */
509
510 unsigned long
511 string_hash (const void *key)
512 {
513   const char *p = key;
514   unsigned int h = *p;
515   
516   if (h)
517     for (p += 1; *p != '\0'; p++)
518       h = (h << 5) - h + *p;
519   
520   return h;
521 }
522
523 /* Frontend for strcmp usable for hash tables. */
524
525 int
526 string_cmp (const void *s1, const void *s2)
527 {
528   return !strcmp ((const char *)s1, (const char *)s2);
529 }
530
531 /* Return a hash table of initial size INITIAL_SIZE suitable to use
532    strings as keys.  */
533
534 struct hash_table *
535 make_string_hash_table (int initial_size)
536 {
537   return hash_table_new (initial_size, string_hash, string_cmp);
538 }
539
540 /* ========
541    Support for hash tables whose keys are strings, but which are
542    compared case-insensitively.
543    ======== */
544
545 /* Like string_hash, but produce the same hash regardless of the case. */
546
547 static unsigned long
548 string_hash_nocase (const void *key)
549 {
550   const char *p = key;
551   unsigned int h = TOLOWER (*p);
552   
553   if (h)
554     for (p += 1; *p != '\0'; p++)
555       h = (h << 5) - h + TOLOWER (*p);
556   
557   return h;
558 }
559
560 /* Like string_cmp, but doing case-insensitive compareison. */
561
562 static int
563 string_cmp_nocase (const void *s1, const void *s2)
564 {
565   return !strcasecmp ((const char *)s1, (const char *)s2);
566 }
567
568 /* Like make_string_hash_table, but uses string_hash_nocase and
569    string_cmp_nocase.  */
570
571 struct hash_table *
572 make_nocase_string_hash_table (int initial_size)
573 {
574   return hash_table_new (initial_size, string_hash_nocase, string_cmp_nocase);
575 }
576
577 #if 0
578 /* If I ever need it: hashing of integers. */
579
580 unsigned int
581 inthash (unsigned int key)
582 {
583   key += (key << 12);
584   key ^= (key >> 22);
585   key += (key << 4);
586   key ^= (key >> 9);
587   key += (key << 10);
588   key ^= (key >> 2);
589   key += (key << 7);
590   key ^= (key >> 12);
591   return key;
592 }
593 #endif
594 \f
595 #ifdef STANDALONE
596
597 #include <stdio.h>
598 #include <string.h>
599
600 int
601 print_hash_table_mapper (void *key, void *value, void *count)
602 {
603   ++*(int *)count;
604   printf ("%s: %s\n", (const char *)key, (char *)value);
605   return 0;
606 }
607
608 void
609 print_hash (struct hash_table *sht)
610 {
611   int debug_count = 0;
612   hash_table_map (sht, print_hash_table_mapper, &debug_count);
613   assert (debug_count == sht->count);
614 }
615
616 int
617 main (void)
618 {
619   struct hash_table *ht = make_string_hash_table (0);
620   char line[80];
621   while ((fgets (line, sizeof (line), stdin)))
622     {
623       int len = strlen (line);
624       if (len <= 1)
625         continue;
626       line[--len] = '\0';
627       if (!hash_table_contains (ht, line))
628         hash_table_put (ht, strdup (line), "here I am!");
629 #if 1
630       if (len % 5 == 0)
631         {
632           char *line_copy;
633           if (hash_table_get_pair (ht, line, &line_copy, NULL))
634             {
635               hash_table_remove (ht, line);
636               xfree (line_copy);
637             }
638         }
639 #endif
640     }
641 #if 0
642   print_hash (ht);
643 #endif
644 #if 1
645   printf ("%d %d\n", ht->count, ht->size);
646 #endif
647   return 0;
648 }
649 #endif