]> sjero.net Git - wget/blob - src/hash.c
[svn] Commit various hash table changes:
[wget] / src / hash.c
1 /* Hash tables.
2    Copyright (C) 2000, 2001 Free Software Foundation, Inc.
3
4 This file is part of Wget.
5
6 This program 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 This program 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 this program; if not, write to the Free Software
18 Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.  */
19
20 #ifdef HAVE_CONFIG_H
21 # include <config.h>
22 #endif
23
24 #ifdef HAVE_STRING_H
25 # include <string.h>
26 #else
27 # include <strings.h>
28 #endif /* HAVE_STRING_H */
29 #include <stdlib.h>
30 #include <assert.h>
31
32 #include "wget.h"
33 #include "utils.h"
34
35 #include "hash.h"
36
37 #ifdef STANDALONE
38 # undef xmalloc
39 # undef xrealloc
40 # undef xfree
41
42 # define xmalloc malloc
43 # define xrealloc realloc
44 # define xfree free
45 #endif
46
47 /* INTERFACE:
48
49    Hash tables are an implementation technique used to implement
50    mapping between objects.  Provided a good hashing function is used,
51    they guarantee constant-time access and storing of information.
52    Duplicate keys are not allowed.
53
54    The basics are all covered.  hash_table_new creates a hash table,
55    and hash_table_destroy deletes it.  hash_table_put establishes a
56    mapping between a key and a value.  hash_table_get retrieves the
57    value that corresponds to a key.  hash_table_exists queries whether
58    a key is stored in a table at all.  hash_table_remove removes a
59    mapping that corresponds to a key.  hash_table_map allows you to
60    map through all the entries in a hash table.  hash_table_clear
61    clears all the entries from the hash table.
62
63    The number of mappings in a table is not limited, except by the
64    amount of memory.  As you add new elements to a table, it regrows
65    as necessary.  If you have an idea about how many elements you will
66    store, you can provide a hint to hash_table_new().
67
68    The hashing and equality functions are normally provided by the
69    user.  For the special (and frequent) case of hashing strings, you
70    can use the pre-canned make_string_hash_table(), which provides the
71    string hashing function from the Dragon Book, and a string equality
72    wrapper around strcmp().
73
74    When specifying your own hash and test functions, make sure the
75    following holds true:
76
77    - The test function returns non-zero for keys that are considered
78      "equal", zero otherwise.
79
80    - The hash function returns a number that represents the
81      "distinctness" of the object.  In more precise terms, it means
82      that for any two objects that test "equal" under the test
83      function, the hash function MUST produce the same result.
84
85      This does not mean that each distinct object must produce a
86      distinct value, only that non-distinct objects must produce the
87      same values!  For instance, a hash function that returns 0 for
88      any given object is a perfectly valid (albeit extremely bad) hash
89      function.  A hash function that hashes a string by adding up all
90      its characters is another example of a valid (but quite bad) hash
91      function.
92
93      The above stated rule is quite easy to enforce.  For example, if
94      your testing function compares strings case-insensitively, all
95      your function needs to do is lower-case the string characters
96      before calculating a hash.  That way you have easily guaranteed
97      that case differences will not result in a different hash.
98
99    - (optional) Choose the hash function to get as good "spreading" as
100      possible.  A good hash function will react to even a small change
101      in its input with a completely different resulting hash.
102      Finally, don't make your hash function extremely slow, because
103      you're then defeating the purpose of hashing.
104
105    Note that neither keys nor values are copied when inserted into the
106    hash table, so they must exist for the lifetime of the table.  This
107    means that e.g. the use of static strings is OK, but objects with a
108    shorter life-time need to be copied (with strdup() or the like in
109    the case of strings) before being inserted.  */
110
111 /* IMPLEMENTATION:
112
113    All the hash mappings (key-value pairs of pointers) are stored in a
114    contiguous array.  The position of each mapping is determined by
115    applying the hash function to the key: location = hash(key) % size.
116    If two different keys end up on the same position, the collision is
117    resolved by placing the second mapping at the next empty place in
118    the array following the occupied place.  This method of collision
119    resolution is called "linear probing".
120
121    There are more advanced collision resolution mechanisms (quadratic
122    probing, double hashing), but we don't use them because they
123    involve more non-sequential access to the array, and therefore
124    worse cache behavior.  Linear probing works well as long as the
125    fullness/size ratio is kept below 75%.  We make sure to regrow or
126    rehash the hash table whenever this threshold is exceeded.
127
128    Collisions make deletion tricky because finding collisions again
129    relies on new empty spots not being created.  That's why
130    hash_table_remove is careful to rehash the mappings that follow the
131    deleted one.  */
132
133 struct mapping {
134   void *key;
135   void *value;
136 };
137
138 struct hash_table {
139   unsigned long (*hash_function) (const void *);
140   int (*test_function) (const void *, const void *);
141
142   int size;                     /* size of the array */
143   int count;                    /* number of non-empty, non-deleted
144                                    fields. */
145
146   struct mapping *mappings;
147 };
148
149 #define EMPTY_MAPPING_P(mp)  ((mp)->key == NULL)
150 #define NEXT_MAPPING(mp, mappings, size) (mp == mappings + (size - 1)   \
151                                           ? mappings : mp + 1)
152
153 #define LOOP_NON_EMPTY(mp, mappings, size)                              \
154   for (; !EMPTY_MAPPING_P (mp); mp = NEXT_MAPPING (mp, mappings, size))
155
156 #define HASH_POSITION(ht, key) (ht->hash_function (key) % ht->size)
157
158 /* Find a prime near, but greather than or equal to SIZE. */
159
160 int
161 prime_size (int size)
162 {
163   static const unsigned long primes [] = {
164     19, 29, 41, 59, 79, 107, 149, 197, 263, 347, 457, 599, 787, 1031,
165     1361, 1777, 2333, 3037, 3967, 5167, 6719, 8737, 11369, 14783,
166     19219, 24989, 32491, 42257, 54941, 71429, 92861, 120721, 156941,
167     204047, 265271, 344857, 448321, 582821, 757693, 985003, 1280519,
168     1664681, 2164111, 2813353, 3657361, 4754591, 6180989, 8035301,
169     10445899, 13579681, 17653589, 22949669, 29834603, 38784989,
170     50420551, 65546729, 85210757, 110774011, 144006217, 187208107,
171     243370577, 316381771, 411296309, 534685237, 695090819, 903618083,
172     1174703521, 1527114613, 1985248999, 2580823717UL, 3355070839UL
173   };
174   int i;
175   for (i = 0; i < ARRAY_SIZE (primes); i++)
176     if (primes[i] >= size)
177       return primes[i];
178   /* huh? */
179   return size;
180 }
181
182 /* Create a hash table of INITIAL_SIZE with hash function
183    HASH_FUNCTION and test function TEST_FUNCTION.  If you wish to
184    start out with a "small" table which will be regrown as needed,
185    specify 0 as INITIAL_SIZE.  */
186
187 struct hash_table *
188 hash_table_new (int initial_size,
189                 unsigned long (*hash_function) (const void *),
190                 int (*test_function) (const void *, const void *))
191 {
192   struct hash_table *ht
193     = (struct hash_table *)xmalloc (sizeof (struct hash_table));
194   ht->hash_function = hash_function;
195   ht->test_function = test_function;
196   ht->size = prime_size (initial_size);
197   ht->count    = 0;
198   ht->mappings = xmalloc (ht->size * sizeof (struct mapping));
199   memset (ht->mappings, '\0', ht->size * sizeof (struct mapping));
200   return ht;
201 }
202
203 /* Free the data associated with hash table HT. */
204
205 void
206 hash_table_destroy (struct hash_table *ht)
207 {
208   xfree (ht->mappings);
209   xfree (ht);
210 }
211
212 /* The heart of almost all functions in this file -- find the mapping
213    whose KEY is equal to key, using a linear probing loop.  Returns
214    the offset of the mapping in ht->mappings.  */
215
216 static inline struct mapping *
217 find_mapping (struct hash_table *ht, const void *key)
218 {
219   struct mapping *mappings = ht->mappings;
220   int size = ht->size;
221   struct mapping *mp = mappings + HASH_POSITION (ht, key);
222   int (*equals) (const void *, const void *) = ht->test_function;
223
224   LOOP_NON_EMPTY (mp, mappings, size)
225     if (equals (key, mp->key))
226       return mp;
227   return NULL;
228 }
229
230 /* Get the value that corresponds to the key KEY in the hash table HT.
231    If no value is found, return NULL.  Note that NULL is a legal value
232    for value; if you are storing NULLs in your hash table, you can use
233    hash_table_exists to be sure that a (possibly NULL) value exists in
234    the table.  Or, you can use hash_table_get_pair instead of this
235    function.  */
236
237 void *
238 hash_table_get (struct hash_table *ht, const void *key)
239 {
240   struct mapping *mp = find_mapping (ht, key);
241   if (mp)
242     return mp->value;
243   else
244     return NULL;
245 }
246
247 /* Like hash_table_get, but writes out the pointers to both key and
248    value.  Returns non-zero on success.  */
249
250 int
251 hash_table_get_pair (struct hash_table *ht, const void *lookup_key,
252                      void *orig_key, void *value)
253 {
254   struct mapping *mp = find_mapping (ht, lookup_key);
255
256   if (mp)
257     {
258       if (orig_key)
259         *(void **)orig_key = mp->key;
260       if (value)
261         *(void **)value = mp->value;
262       return 1;
263     }
264   else
265     return 0;
266 }
267
268 /* Return 1 if KEY exists in HT, 0 otherwise. */
269
270 int
271 hash_table_exists (struct hash_table *ht, const void *key)
272 {
273   return find_mapping (ht, key) != NULL;
274 }
275
276 #define MAX(i, j) (((i) >= (j)) ? (i) : (j))
277
278 /* Grow hash table HT as necessary, and rehash all the key-value
279    mappings.  */
280
281 static void
282 grow_hash_table (struct hash_table *ht)
283 {
284   struct mapping *old_mappings = ht->mappings;
285   struct mapping *old_end      = ht->mappings + ht->size;
286   struct mapping *mp;
287   int old_count = ht->count;    /* for assert() below */
288
289 #if 0
290   printf ("growing from %d to %d\n", ht->size, prime_size (ht->size * 2));
291 #endif
292
293   ht->size = prime_size (ht->size * 2);
294
295   ht->mappings = xmalloc (ht->size * sizeof (struct mapping));
296   memset (ht->mappings, '\0', ht->size * sizeof (struct mapping));
297
298   /* Need to reset this; hash_table_put will reinitialize it.  */
299   ht->count    = 0;
300
301   for (mp = old_mappings; mp < old_end; mp++)
302     if (!EMPTY_MAPPING_P (mp))
303       hash_table_put (ht, mp->key, mp->value);
304
305   assert (ht->count == old_count);
306   xfree (old_mappings);
307 }
308
309 /* Put VALUE in the hash table HT under the key KEY.  This regrows the
310    table if necessary.  */
311
312 void
313 hash_table_put (struct hash_table *ht, const void *key, void *value)
314 {
315   struct mapping *mappings = ht->mappings;
316   int size = ht->size;
317   int (*equals) (const void *, const void *) = ht->test_function;
318
319   struct mapping *mp = mappings + HASH_POSITION (ht, key);
320
321   LOOP_NON_EMPTY (mp, mappings, size)
322     if (equals (key, mp->key))
323       {
324         mp->key   = (void *)key; /* const? */
325         mp->value = value;
326         return;
327       }
328
329   ++ht->count;
330   mp->key   = (void *)key;      /* const? */
331   mp->value = value;
332
333   if (ht->count > ht->size * 3 / 4)
334     /* When table is 75% full, regrow it. */
335     grow_hash_table (ht);
336 }
337
338 /* Remove a mapping that matches KEY from HT.  Return 0 if there was
339    no such entry; return 1 if an entry was removed.  */
340
341 int
342 hash_table_remove (struct hash_table *ht, const void *key)
343 {
344   struct mapping *mp = find_mapping (ht, key);
345   if (!mp)
346     return 0;
347   else
348     {
349       int size = ht->size;
350       struct mapping *mappings = ht->mappings;
351
352       mp->key = NULL;
353       --ht->count;
354
355       /* Rehash all the entries following MP.  The alternative
356          approach is to mark entry as deleted, but that leaves a lot
357          of garbage.  More importantly, this method makes
358          hash_table_get and hash_table_put measurably faster.  */
359
360       mp = NEXT_MAPPING (mp, mappings, size);
361       LOOP_NON_EMPTY (mp, mappings, size)
362         {
363           const void *key2 = mp->key;
364           struct mapping *mp_new = mappings + HASH_POSITION (ht, key2);
365
366           /* Find the new location for the key. */
367
368           LOOP_NON_EMPTY (mp_new, mappings, size)
369             if (key2 == mp_new->key)
370               /* The mapping MP (key2) is already where we want it (in
371                  MP_NEW's "chain" of keys.)  */
372               goto next_rehash;
373
374           *mp_new = *mp;
375           mp->key = NULL;
376
377         next_rehash:
378           ;
379         }
380       return 1;
381     }
382 }
383
384 /* Clear HT of all entries.  After calling this function, the count
385    and the fullness of the hash table will be zero.  The size will
386    remain unchanged.  */
387
388 void
389 hash_table_clear (struct hash_table *ht)
390 {
391   memset (ht->mappings, '\0', ht->size * sizeof (struct mapping));
392   ht->count    = 0;
393 }
394
395 /* Map MAPFUN over all the mappings in hash table HT.  MAPFUN is
396    called with three arguments: the key, the value, and the CLOSURE.
397
398    It is undefined what happens if you add or remove entries in the
399    hash table while hash_table_map is running.  The exception is the
400    entry you're currently mapping over; you may remove or change that
401    entry.  */
402
403 void
404 hash_table_map (struct hash_table *ht,
405                 int (*mapfun) (void *, void *, void *),
406                 void *closure)
407 {
408   struct mapping *mp  = ht->mappings;
409   struct mapping *end = ht->mappings + ht->size;
410
411   for (; mp < end; mp++)
412     if (!EMPTY_MAPPING_P (mp))
413       {
414         void *key;
415       repeat:
416         key = mp->key;
417         if (mapfun (key, mp->value, closure))
418           return;
419         if (mp->key != key && !EMPTY_MAPPING_P (mp))
420           goto repeat;
421       }
422 }
423
424 /* Return the number of elements in the hash table.  This is not the
425    same as the physical size of the hash table, which is always
426    greater than the number of elements.  */
427 int
428 hash_table_count (struct hash_table *ht)
429 {
430   return ht->count;
431 }
432 \f
433 /* Support for hash tables whose keys are strings.  */
434
435 /* 31 bit hash function.  Taken from Gnome's glib.  This seems to
436    perform much better than the above.  */
437 unsigned long
438 string_hash (const void *key)
439 {
440   const char *p = key;
441   unsigned int h = *p;
442   
443   if (h)
444     for (p += 1; *p != '\0'; p++)
445       h = (h << 5) - h + *p;
446   
447   return h;
448 }
449
450 #if 0
451 /* If I ever need it: hashing of integers. */
452
453 unsigned int
454 inthash (unsigned int key)
455 {
456   key += (key << 12);
457   key ^= (key >> 22);
458   key += (key << 4);
459   key ^= (key >> 9);
460   key += (key << 10);
461   key ^= (key >> 2);
462   key += (key << 7);
463   key ^= (key >> 12);
464   return key;
465 }
466 #endif
467
468 int
469 string_cmp (const void *s1, const void *s2)
470 {
471   return !strcmp ((const char *)s1, (const char *)s2);
472 }
473
474 /* Return a hash table of initial size INITIAL_SIZE suitable to use
475    strings as keys.  */
476
477 struct hash_table *
478 make_string_hash_table (int initial_size)
479 {
480   return hash_table_new (initial_size, string_hash, string_cmp);
481 }
482
483 \f
484 #ifdef STANDALONE
485
486 #include <stdio.h>
487 #include <string.h>
488
489 int
490 print_hash_table_mapper (void *key, void *value, void *count)
491 {
492   ++*(int *)count;
493   printf ("%s: %s\n", (const char *)key, (char *)value);
494   return 0;
495 }
496
497 void
498 print_hash (struct hash_table *sht)
499 {
500   int debug_count = 0;
501   hash_table_map (sht, print_hash_table_mapper, &debug_count);
502   assert (debug_count == sht->count);
503 }
504
505 int
506 main (void)
507 {
508   struct hash_table *ht = make_string_hash_table (0);
509   char line[80];
510   while ((fgets (line, sizeof (line), stdin)))
511     {
512       int len = strlen (line);
513       if (len <= 1)
514         continue;
515       line[--len] = '\0';
516       if (!hash_table_exists (ht, line))
517         hash_table_put (ht, strdup (line), "here I am!");
518 #if 1
519       if (len % 5 == 0)
520         {
521           char *line_copy;
522           if (hash_table_get_pair (ht, line, &line_copy, NULL))
523             {
524               hash_table_remove (ht, line);
525               xfree (line_copy);
526             }
527         }
528 #endif
529     }
530 #if 0
531   print_hash (ht);
532 #endif
533 #if 1
534   printf ("%d %d\n", ht->count, ht->size);
535 #endif
536   return 0;
537 }
538 #endif