]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - library/alloc/src/collections/btree/node.rs
b5f0edf6b33a722b1659c5475ffbc7303193d2f3
[rust.git] / library / alloc / src / collections / btree / node.rs
1 // This is an attempt at an implementation following the ideal
2 //
3 // ```
4 // struct BTreeMap<K, V> {
5 //     height: usize,
6 //     root: Option<Box<Node<K, V, height>>>
7 // }
8 //
9 // struct Node<K, V, height: usize> {
10 //     keys: [K; 2 * B - 1],
11 //     vals: [V; 2 * B - 1],
12 //     edges: [if height > 0 { Box<Node<K, V, height - 1>> } else { () }; 2 * B],
13 //     parent: Option<(NonNull<Node<K, V, height + 1>>, u16)>,
14 //     len: u16,
15 // }
16 // ```
17 //
18 // Since Rust doesn't actually have dependent types and polymorphic recursion,
19 // we make do with lots of unsafety.
20
21 // A major goal of this module is to avoid complexity by treating the tree as a generic (if
22 // weirdly shaped) container and avoiding dealing with most of the B-Tree invariants. As such,
23 // this module doesn't care whether the entries are sorted, which nodes can be underfull, or
24 // even what underfull means. However, we do rely on a few invariants:
25 //
26 // - Trees must have uniform depth/height. This means that every path down to a leaf from a
27 //   given node has exactly the same length.
28 // - A node of length `n` has `n` keys, `n` values, and `n + 1` edges.
29 //   This implies that even an empty node has at least one edge.
30 //   For a leaf node, "having an edge" only means we can identify a position in the node,
31 //   since leaf edges are empty and need no data representation. In an internal node,
32 //   an edge both identifies a position and contains a pointer to a child node.
33
34 use core::marker::PhantomData;
35 use core::mem::{self, MaybeUninit};
36 use core::ptr::{self, NonNull};
37 use core::slice::SliceIndex;
38
39 use crate::alloc::{Allocator, Global, Layout};
40 use crate::boxed::Box;
41
42 const B: usize = 6;
43 pub const CAPACITY: usize = 2 * B - 1;
44 pub const MIN_LEN_AFTER_SPLIT: usize = B - 1;
45 const KV_IDX_CENTER: usize = B - 1;
46 const EDGE_IDX_LEFT_OF_CENTER: usize = B - 1;
47 const EDGE_IDX_RIGHT_OF_CENTER: usize = B;
48
49 /// The underlying representation of leaf nodes and part of the representation of internal nodes.
50 struct LeafNode<K, V> {
51     /// We want to be covariant in `K` and `V`.
52     parent: Option<NonNull<InternalNode<K, V>>>,
53
54     /// This node's index into the parent node's `edges` array.
55     /// `*node.parent.edges[node.parent_idx]` should be the same thing as `node`.
56     /// This is only guaranteed to be initialized when `parent` is non-null.
57     parent_idx: MaybeUninit<u16>,
58
59     /// The number of keys and values this node stores.
60     len: u16,
61
62     /// The arrays storing the actual data of the node. Only the first `len` elements of each
63     /// array are initialized and valid.
64     keys: [MaybeUninit<K>; CAPACITY],
65     vals: [MaybeUninit<V>; CAPACITY],
66 }
67
68 impl<K, V> LeafNode<K, V> {
69     /// Initializes a new `LeafNode` in-place.
70     unsafe fn init(this: *mut Self) {
71         // As a general policy, we leave fields uninitialized if they can be, as this should
72         // be both slightly faster and easier to track in Valgrind.
73         unsafe {
74             // parent_idx, keys, and vals are all MaybeUninit
75             ptr::addr_of_mut!((*this).parent).write(None);
76             ptr::addr_of_mut!((*this).len).write(0);
77         }
78     }
79
80     /// Creates a new boxed `LeafNode`.
81     fn new() -> Box<Self> {
82         unsafe {
83             let mut leaf = Box::new_uninit();
84             LeafNode::init(leaf.as_mut_ptr());
85             leaf.assume_init()
86         }
87     }
88 }
89
90 /// The underlying representation of internal nodes. As with `LeafNode`s, these should be hidden
91 /// behind `BoxedNode`s to prevent dropping uninitialized keys and values. Any pointer to an
92 /// `InternalNode` can be directly cast to a pointer to the underlying `LeafNode` portion of the
93 /// node, allowing code to act on leaf and internal nodes generically without having to even check
94 /// which of the two a pointer is pointing at. This property is enabled by the use of `repr(C)`.
95 #[repr(C)]
96 // gdb_providers.py uses this type name for introspection.
97 struct InternalNode<K, V> {
98     data: LeafNode<K, V>,
99
100     /// The pointers to the children of this node. `len + 1` of these are considered
101     /// initialized and valid, except that near the end, while the tree is held
102     /// through borrow type `Dying`, some of these pointers are dangling.
103     edges: [MaybeUninit<BoxedNode<K, V>>; 2 * B],
104 }
105
106 impl<K, V> InternalNode<K, V> {
107     /// Creates a new boxed `InternalNode`.
108     ///
109     /// # Safety
110     /// An invariant of internal nodes is that they have at least one
111     /// initialized and valid edge. This function does not set up
112     /// such an edge.
113     unsafe fn new() -> Box<Self> {
114         unsafe {
115             let mut node = Box::<Self>::new_uninit();
116             // We only need to initialize the data; the edges are MaybeUninit.
117             LeafNode::init(ptr::addr_of_mut!((*node.as_mut_ptr()).data));
118             node.assume_init()
119         }
120     }
121 }
122
123 /// A managed, non-null pointer to a node. This is either an owned pointer to
124 /// `LeafNode<K, V>` or an owned pointer to `InternalNode<K, V>`.
125 ///
126 /// However, `BoxedNode` contains no information as to which of the two types
127 /// of nodes it actually contains, and, partially due to this lack of information,
128 /// is not a separate type and has no destructor.
129 type BoxedNode<K, V> = NonNull<LeafNode<K, V>>;
130
131 // N.B. `NodeRef` is always covariant in `K` and `V`, even when the `BorrowType`
132 // is `Mut`. This is technically wrong, but cannot result in any unsafety due to
133 // internal use of `NodeRef` because we stay completely generic over `K` and `V`.
134 // However, whenever a public type wraps `NodeRef`, make sure that it has the
135 // correct variance.
136 ///
137 /// A reference to a node.
138 ///
139 /// This type has a number of parameters that controls how it acts:
140 /// - `BorrowType`: A dummy type that describes the kind of borrow and carries a lifetime.
141 ///    - When this is `Immut<'a>`, the `NodeRef` acts roughly like `&'a Node`.
142 ///    - When this is `ValMut<'a>`, the `NodeRef` acts roughly like `&'a Node`
143 ///      with respect to keys and tree structure, but also allows many
144 ///      mutable references to values throughout the tree to coexist.
145 ///    - When this is `Mut<'a>`, the `NodeRef` acts roughly like `&'a mut Node`,
146 ///      although insert methods allow a mutable pointer to a value to coexist.
147 ///    - When this is `Owned`, the `NodeRef` acts roughly like `Box<Node>`,
148 ///      but does not have a destructor, and must be cleaned up manually.
149 ///    - When this is `Dying`, the `NodeRef` still acts roughly like `Box<Node>`,
150 ///      but has methods to destroy the tree bit by bit, and ordinary methods,
151 ///      while not marked as unsafe to call, can invoke UB if called incorrectly.
152 ///   Since any `NodeRef` allows navigating through the tree, `BorrowType`
153 ///   effectively applies to the entire tree, not just to the node itself.
154 /// - `K` and `V`: These are the types of keys and values stored in the nodes.
155 /// - `Type`: This can be `Leaf`, `Internal`, or `LeafOrInternal`. When this is
156 ///   `Leaf`, the `NodeRef` points to a leaf node, when this is `Internal` the
157 ///   `NodeRef` points to an internal node, and when this is `LeafOrInternal` the
158 ///   `NodeRef` could be pointing to either type of node.
159 ///   `Type` is named `NodeType` when used outside `NodeRef`.
160 ///
161 /// Both `BorrowType` and `NodeType` restrict what methods we implement, to
162 /// exploit static type safety. There are limitations in the way we can apply
163 /// such restrictions:
164 /// - For each type parameter, we can only define a method either generically
165 ///   or for one particular type. For example, we cannot define a method like
166 ///   `into_kv` generically for all `BorrowType`, or once for all types that
167 ///   carry a lifetime, because we want it to return `&'a` references.
168 ///   Therefore, we define it only for the least powerful type `Immut<'a>`.
169 /// - We cannot get implicit coercion from say `Mut<'a>` to `Immut<'a>`.
170 ///   Therefore, we have to explicitly call `reborrow` on a more powerful
171 ///   `NodeRef` in order to reach a method like `into_kv`.
172 ///
173 /// All methods on `NodeRef` that return some kind of reference, either:
174 /// - Take `self` by value, and return the lifetime carried by `BorrowType`.
175 ///   Sometimes, to invoke such a method, we need to call `reborrow_mut`.
176 /// - Take `self` by reference, and (implicitly) return that reference's
177 ///   lifetime, instead of the lifetime carried by `BorrowType`. That way,
178 ///   the borrow checker guarantees that the `NodeRef` remains borrowed as long
179 ///   as the returned reference is used.
180 ///   The methods supporting insert bend this rule by returning a raw pointer,
181 ///   i.e., a reference without any lifetime.
182 pub struct NodeRef<BorrowType, K, V, Type> {
183     /// The number of levels that the node and the level of leaves are apart, a
184     /// constant of the node that cannot be entirely described by `Type`, and that
185     /// the node itself does not store. We only need to store the height of the root
186     /// node, and derive every other node's height from it.
187     /// Must be zero if `Type` is `Leaf` and non-zero if `Type` is `Internal`.
188     height: usize,
189     /// The pointer to the leaf or internal node. The definition of `InternalNode`
190     /// ensures that the pointer is valid either way.
191     node: NonNull<LeafNode<K, V>>,
192     _marker: PhantomData<(BorrowType, Type)>,
193 }
194
195 /// The root node of an owned tree.
196 ///
197 /// Note that this does not have a destructor, and must be cleaned up manually.
198 pub type Root<K, V> = NodeRef<marker::Owned, K, V, marker::LeafOrInternal>;
199
200 impl<'a, K: 'a, V: 'a, Type> Copy for NodeRef<marker::Immut<'a>, K, V, Type> {}
201 impl<'a, K: 'a, V: 'a, Type> Clone for NodeRef<marker::Immut<'a>, K, V, Type> {
202     fn clone(&self) -> Self {
203         *self
204     }
205 }
206
207 unsafe impl<BorrowType, K: Sync, V: Sync, Type> Sync for NodeRef<BorrowType, K, V, Type> {}
208
209 unsafe impl<'a, K: Sync + 'a, V: Sync + 'a, Type> Send for NodeRef<marker::Immut<'a>, K, V, Type> {}
210 unsafe impl<'a, K: Send + 'a, V: Send + 'a, Type> Send for NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, Type> {}
211 unsafe impl<'a, K: Send + 'a, V: Send + 'a, Type> Send for NodeRef<marker::ValMut<'a>, K, V, Type> {}
212 unsafe impl<K: Send, V: Send, Type> Send for NodeRef<marker::Owned, K, V, Type> {}
213 unsafe impl<K: Send, V: Send, Type> Send for NodeRef<marker::Dying, K, V, Type> {}
214
215 impl<K, V> NodeRef<marker::Owned, K, V, marker::Leaf> {
216     pub fn new_leaf() -> Self {
217         Self::from_new_leaf(LeafNode::new())
218     }
219
220     fn from_new_leaf(leaf: Box<LeafNode<K, V>>) -> Self {
221         NodeRef { height: 0, node: NonNull::from(Box::leak(leaf)), _marker: PhantomData }
222     }
223 }
224
225 impl<K, V> NodeRef<marker::Owned, K, V, marker::Internal> {
226     fn new_internal(child: Root<K, V>) -> Self {
227         let mut new_node = unsafe { InternalNode::new() };
228         new_node.edges[0].write(child.node);
229         unsafe { NodeRef::from_new_internal(new_node, child.height + 1) }
230     }
231
232     /// # Safety
233     /// `height` must not be zero.
234     unsafe fn from_new_internal(internal: Box<InternalNode<K, V>>, height: usize) -> Self {
235         debug_assert!(height > 0);
236         let node = NonNull::from(Box::leak(internal)).cast();
237         let mut this = NodeRef { height, node, _marker: PhantomData };
238         this.borrow_mut().correct_all_childrens_parent_links();
239         this
240     }
241 }
242
243 impl<BorrowType, K, V> NodeRef<BorrowType, K, V, marker::Internal> {
244     /// Unpack a node reference that was packed as `NodeRef::parent`.
245     fn from_internal(node: NonNull<InternalNode<K, V>>, height: usize) -> Self {
246         debug_assert!(height > 0);
247         NodeRef { height, node: node.cast(), _marker: PhantomData }
248     }
249 }
250
251 impl<BorrowType, K, V> NodeRef<BorrowType, K, V, marker::Internal> {
252     /// Exposes the data of an internal node.
253     ///
254     /// Returns a raw ptr to avoid invalidating other references to this node.
255     fn as_internal_ptr(this: &Self) -> *mut InternalNode<K, V> {
256         // SAFETY: the static node type is `Internal`.
257         this.node.as_ptr() as *mut InternalNode<K, V>
258     }
259 }
260
261 impl<'a, K, V> NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::Internal> {
262     /// Borrows exclusive access to the data of an internal node.
263     fn as_internal_mut(&mut self) -> &mut InternalNode<K, V> {
264         let ptr = Self::as_internal_ptr(self);
265         unsafe { &mut *ptr }
266     }
267 }
268
269 impl<BorrowType, K, V, Type> NodeRef<BorrowType, K, V, Type> {
270     /// Finds the length of the node. This is the number of keys or values.
271     /// The number of edges is `len() + 1`.
272     /// Note that, despite being safe, calling this function can have the side effect
273     /// of invalidating mutable references that unsafe code has created.
274     pub fn len(&self) -> usize {
275         // Crucially, we only access the `len` field here. If BorrowType is marker::ValMut,
276         // there might be outstanding mutable references to values that we must not invalidate.
277         unsafe { usize::from((*Self::as_leaf_ptr(self)).len) }
278     }
279
280     /// Returns the number of levels that the node and leaves are apart. Zero
281     /// height means the node is a leaf itself. If you picture trees with the
282     /// root on top, the number says at which elevation the node appears.
283     /// If you picture trees with leaves on top, the number says how high
284     /// the tree extends above the node.
285     pub fn height(&self) -> usize {
286         self.height
287     }
288
289     /// Temporarily takes out another, immutable reference to the same node.
290     pub fn reborrow(&self) -> NodeRef<marker::Immut<'_>, K, V, Type> {
291         NodeRef { height: self.height, node: self.node, _marker: PhantomData }
292     }
293
294     /// Exposes the leaf portion of any leaf or internal node.
295     ///
296     /// Returns a raw ptr to avoid invalidating other references to this node.
297     fn as_leaf_ptr(this: &Self) -> *mut LeafNode<K, V> {
298         // The node must be valid for at least the LeafNode portion.
299         // This is not a reference in the NodeRef type because we don't know if
300         // it should be unique or shared.
301         this.node.as_ptr()
302     }
303 }
304
305 impl<BorrowType: marker::BorrowType, K, V, Type> NodeRef<BorrowType, K, V, Type> {
306     /// Finds the parent of the current node. Returns `Ok(handle)` if the current
307     /// node actually has a parent, where `handle` points to the edge of the parent
308     /// that points to the current node. Returns `Err(self)` if the current node has
309     /// no parent, giving back the original `NodeRef`.
310     ///
311     /// The method name assumes you picture trees with the root node on top.
312     ///
313     /// `edge.descend().ascend().unwrap()` and `node.ascend().unwrap().descend()` should
314     /// both, upon success, do nothing.
315     pub fn ascend(
316         self,
317     ) -> Result<Handle<NodeRef<BorrowType, K, V, marker::Internal>, marker::Edge>, Self> {
318         assert!(BorrowType::PERMITS_TRAVERSAL);
319         // We need to use raw pointers to nodes because, if BorrowType is marker::ValMut,
320         // there might be outstanding mutable references to values that we must not invalidate.
321         let leaf_ptr: *const _ = Self::as_leaf_ptr(&self);
322         unsafe { (*leaf_ptr).parent }
323             .as_ref()
324             .map(|parent| Handle {
325                 node: NodeRef::from_internal(*parent, self.height + 1),
326                 idx: unsafe { usize::from((*leaf_ptr).parent_idx.assume_init()) },
327                 _marker: PhantomData,
328             })
329             .ok_or(self)
330     }
331
332     pub fn first_edge(self) -> Handle<Self, marker::Edge> {
333         unsafe { Handle::new_edge(self, 0) }
334     }
335
336     pub fn last_edge(self) -> Handle<Self, marker::Edge> {
337         let len = self.len();
338         unsafe { Handle::new_edge(self, len) }
339     }
340
341     /// Note that `self` must be nonempty.
342     pub fn first_kv(self) -> Handle<Self, marker::KV> {
343         let len = self.len();
344         assert!(len > 0);
345         unsafe { Handle::new_kv(self, 0) }
346     }
347
348     /// Note that `self` must be nonempty.
349     pub fn last_kv(self) -> Handle<Self, marker::KV> {
350         let len = self.len();
351         assert!(len > 0);
352         unsafe { Handle::new_kv(self, len - 1) }
353     }
354 }
355
356 impl<BorrowType, K, V, Type> NodeRef<BorrowType, K, V, Type> {
357     /// Could be a public implementation of PartialEq, but only used in this module.
358     fn eq(&self, other: &Self) -> bool {
359         let Self { node, height, _marker } = self;
360         if node.eq(&other.node) {
361             debug_assert_eq!(*height, other.height);
362             true
363         } else {
364             false
365         }
366     }
367 }
368
369 impl<'a, K: 'a, V: 'a, Type> NodeRef<marker::Immut<'a>, K, V, Type> {
370     /// Exposes the leaf portion of any leaf or internal node in an immutable tree.
371     fn into_leaf(self) -> &'a LeafNode<K, V> {
372         let ptr = Self::as_leaf_ptr(&self);
373         // SAFETY: there can be no mutable references into this tree borrowed as `Immut`.
374         unsafe { &*ptr }
375     }
376
377     /// Borrows a view into the keys stored in the node.
378     pub fn keys(&self) -> &[K] {
379         let leaf = self.into_leaf();
380         unsafe {
381             MaybeUninit::slice_assume_init_ref(leaf.keys.get_unchecked(..usize::from(leaf.len)))
382         }
383     }
384 }
385
386 impl<K, V> NodeRef<marker::Dying, K, V, marker::LeafOrInternal> {
387     /// Similar to `ascend`, gets a reference to a node's parent node, but also
388     /// deallocates the current node in the process. This is unsafe because the
389     /// current node will still be accessible despite being deallocated.
390     pub unsafe fn deallocate_and_ascend(
391         self,
392     ) -> Option<Handle<NodeRef<marker::Dying, K, V, marker::Internal>, marker::Edge>> {
393         let height = self.height;
394         let node = self.node;
395         let ret = self.ascend().ok();
396         unsafe {
397             Global.deallocate(
398                 node.cast(),
399                 if height > 0 {
400                     Layout::new::<InternalNode<K, V>>()
401                 } else {
402                     Layout::new::<LeafNode<K, V>>()
403                 },
404             );
405         }
406         ret
407     }
408 }
409
410 impl<'a, K, V, Type> NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, Type> {
411     /// Temporarily takes out another mutable reference to the same node. Beware, as
412     /// this method is very dangerous, doubly so since it might not immediately appear
413     /// dangerous.
414     ///
415     /// Because mutable pointers can roam anywhere around the tree, the returned
416     /// pointer can easily be used to make the original pointer dangling, out of
417     /// bounds, or invalid under stacked borrow rules.
418     // FIXME(@gereeter) consider adding yet another type parameter to `NodeRef`
419     // that restricts the use of navigation methods on reborrowed pointers,
420     // preventing this unsafety.
421     unsafe fn reborrow_mut(&mut self) -> NodeRef<marker::Mut<'_>, K, V, Type> {
422         NodeRef { height: self.height, node: self.node, _marker: PhantomData }
423     }
424
425     /// Borrows exclusive access to the leaf portion of a leaf or internal node.
426     fn as_leaf_mut(&mut self) -> &mut LeafNode<K, V> {
427         let ptr = Self::as_leaf_ptr(self);
428         // SAFETY: we have exclusive access to the entire node.
429         unsafe { &mut *ptr }
430     }
431
432     /// Offers exclusive access to the leaf portion of a leaf or internal node.
433     fn into_leaf_mut(mut self) -> &'a mut LeafNode<K, V> {
434         let ptr = Self::as_leaf_ptr(&mut self);
435         // SAFETY: we have exclusive access to the entire node.
436         unsafe { &mut *ptr }
437     }
438 }
439
440 impl<K, V, Type> NodeRef<marker::Dying, K, V, Type> {
441     /// Borrows exclusive access to the leaf portion of a dying leaf or internal node.
442     fn as_leaf_dying(&mut self) -> &mut LeafNode<K, V> {
443         let ptr = Self::as_leaf_ptr(self);
444         // SAFETY: we have exclusive access to the entire node.
445         unsafe { &mut *ptr }
446     }
447 }
448
449 impl<'a, K: 'a, V: 'a, Type> NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, Type> {
450     /// Borrows exclusive access to an element of the key storage area.
451     ///
452     /// # Safety
453     /// `index` is in bounds of 0..CAPACITY
454     unsafe fn key_area_mut<I, Output: ?Sized>(&mut self, index: I) -> &mut Output
455     where
456         I: SliceIndex<[MaybeUninit<K>], Output = Output>,
457     {
458         // SAFETY: the caller will not be able to call further methods on self
459         // until the key slice reference is dropped, as we have unique access
460         // for the lifetime of the borrow.
461         unsafe { self.as_leaf_mut().keys.as_mut_slice().get_unchecked_mut(index) }
462     }
463
464     /// Borrows exclusive access to an element or slice of the node's value storage area.
465     ///
466     /// # Safety
467     /// `index` is in bounds of 0..CAPACITY
468     unsafe fn val_area_mut<I, Output: ?Sized>(&mut self, index: I) -> &mut Output
469     where
470         I: SliceIndex<[MaybeUninit<V>], Output = Output>,
471     {
472         // SAFETY: the caller will not be able to call further methods on self
473         // until the value slice reference is dropped, as we have unique access
474         // for the lifetime of the borrow.
475         unsafe { self.as_leaf_mut().vals.as_mut_slice().get_unchecked_mut(index) }
476     }
477 }
478
479 impl<'a, K: 'a, V: 'a> NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::Internal> {
480     /// Borrows exclusive access to an element or slice of the node's storage area for edge contents.
481     ///
482     /// # Safety
483     /// `index` is in bounds of 0..CAPACITY + 1
484     unsafe fn edge_area_mut<I, Output: ?Sized>(&mut self, index: I) -> &mut Output
485     where
486         I: SliceIndex<[MaybeUninit<BoxedNode<K, V>>], Output = Output>,
487     {
488         // SAFETY: the caller will not be able to call further methods on self
489         // until the edge slice reference is dropped, as we have unique access
490         // for the lifetime of the borrow.
491         unsafe { self.as_internal_mut().edges.as_mut_slice().get_unchecked_mut(index) }
492     }
493 }
494
495 impl<'a, K, V, Type> NodeRef<marker::ValMut<'a>, K, V, Type> {
496     /// # Safety
497     /// - The node has more than `idx` initialized elements.
498     unsafe fn into_key_val_mut_at(mut self, idx: usize) -> (&'a K, &'a mut V) {
499         // We only create a reference to the one element we are interested in,
500         // to avoid aliasing with outstanding references to other elements,
501         // in particular, those returned to the caller in earlier iterations.
502         let leaf = Self::as_leaf_ptr(&mut self);
503         let keys = unsafe { ptr::addr_of!((*leaf).keys) };
504         let vals = unsafe { ptr::addr_of_mut!((*leaf).vals) };
505         // We must coerce to unsized array pointers because of Rust issue #74679.
506         let keys: *const [_] = keys;
507         let vals: *mut [_] = vals;
508         let key = unsafe { (&*keys.get_unchecked(idx)).assume_init_ref() };
509         let val = unsafe { (&mut *vals.get_unchecked_mut(idx)).assume_init_mut() };
510         (key, val)
511     }
512 }
513
514 impl<'a, K: 'a, V: 'a, Type> NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, Type> {
515     /// Borrows exclusive access to the length of the node.
516     pub fn len_mut(&mut self) -> &mut u16 {
517         &mut self.as_leaf_mut().len
518     }
519 }
520
521 impl<'a, K, V> NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::Internal> {
522     /// # Safety
523     /// Every item returned by `range` is a valid edge index for the node.
524     unsafe fn correct_childrens_parent_links<R: Iterator<Item = usize>>(&mut self, range: R) {
525         for i in range {
526             debug_assert!(i <= self.len());
527             unsafe { Handle::new_edge(self.reborrow_mut(), i) }.correct_parent_link();
528         }
529     }
530
531     fn correct_all_childrens_parent_links(&mut self) {
532         let len = self.len();
533         unsafe { self.correct_childrens_parent_links(0..=len) };
534     }
535 }
536
537 impl<'a, K: 'a, V: 'a> NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::LeafOrInternal> {
538     /// Sets the node's link to its parent edge,
539     /// without invalidating other references to the node.
540     fn set_parent_link(&mut self, parent: NonNull<InternalNode<K, V>>, parent_idx: usize) {
541         let leaf = Self::as_leaf_ptr(self);
542         unsafe { (*leaf).parent = Some(parent) };
543         unsafe { (*leaf).parent_idx.write(parent_idx as u16) };
544     }
545 }
546
547 impl<K, V> NodeRef<marker::Owned, K, V, marker::LeafOrInternal> {
548     /// Clears the root's link to its parent edge.
549     fn clear_parent_link(&mut self) {
550         let mut root_node = self.borrow_mut();
551         let leaf = root_node.as_leaf_mut();
552         leaf.parent = None;
553     }
554 }
555
556 impl<K, V> NodeRef<marker::Owned, K, V, marker::LeafOrInternal> {
557     /// Returns a new owned tree, with its own root node that is initially empty.
558     pub fn new() -> Self {
559         NodeRef::new_leaf().forget_type()
560     }
561
562     /// Adds a new internal node with a single edge pointing to the previous root node,
563     /// make that new node the root node, and return it. This increases the height by 1
564     /// and is the opposite of `pop_internal_level`.
565     pub fn push_internal_level(&mut self) -> NodeRef<marker::Mut<'_>, K, V, marker::Internal> {
566         super::mem::take_mut(self, |old_root| NodeRef::new_internal(old_root).forget_type());
567
568         // `self.borrow_mut()`, except that we just forgot we're internal now:
569         NodeRef { height: self.height, node: self.node, _marker: PhantomData }
570     }
571
572     /// Removes the internal root node, using its first child as the new root node.
573     /// As it is intended only to be called when the root node has only one child,
574     /// no cleanup is done on any of the keys, values and other children.
575     /// This decreases the height by 1 and is the opposite of `push_internal_level`.
576     ///
577     /// Requires exclusive access to the `NodeRef` object but not to the root node;
578     /// it will not invalidate other handles or references to the root node.
579     ///
580     /// Panics if there is no internal level, i.e., if the root node is a leaf.
581     pub fn pop_internal_level(&mut self) {
582         assert!(self.height > 0);
583
584         let top = self.node;
585
586         // SAFETY: we asserted to be internal.
587         let internal_self = unsafe { self.borrow_mut().cast_to_internal_unchecked() };
588         // SAFETY: we borrowed `self` exclusively and its borrow type is exclusive.
589         let internal_node = unsafe { &mut *NodeRef::as_internal_ptr(&internal_self) };
590         // SAFETY: the first edge is always initialized.
591         self.node = unsafe { internal_node.edges[0].assume_init_read() };
592         self.height -= 1;
593         self.clear_parent_link();
594
595         unsafe {
596             Global.deallocate(top.cast(), Layout::new::<InternalNode<K, V>>());
597         }
598     }
599 }
600
601 impl<K, V, Type> NodeRef<marker::Owned, K, V, Type> {
602     /// Mutably borrows the owned root node. Unlike `reborrow_mut`, this is safe
603     /// because the return value cannot be used to destroy the root, and there
604     /// cannot be other references to the tree.
605     pub fn borrow_mut(&mut self) -> NodeRef<marker::Mut<'_>, K, V, Type> {
606         NodeRef { height: self.height, node: self.node, _marker: PhantomData }
607     }
608
609     /// Slightly mutably borrows the owned root node.
610     pub fn borrow_valmut(&mut self) -> NodeRef<marker::ValMut<'_>, K, V, Type> {
611         NodeRef { height: self.height, node: self.node, _marker: PhantomData }
612     }
613
614     /// Irreversibly transitions to a reference that permits traversal and offers
615     /// destructive methods and little else.
616     pub fn into_dying(self) -> NodeRef<marker::Dying, K, V, Type> {
617         NodeRef { height: self.height, node: self.node, _marker: PhantomData }
618     }
619 }
620
621 impl<'a, K: 'a, V: 'a> NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::Leaf> {
622     /// Adds a key-value pair to the end of the node, and returns
623     /// the mutable reference of the inserted value.
624     pub fn push(&mut self, key: K, val: V) -> &mut V {
625         let len = self.len_mut();
626         let idx = usize::from(*len);
627         assert!(idx < CAPACITY);
628         *len += 1;
629         unsafe {
630             self.key_area_mut(idx).write(key);
631             self.val_area_mut(idx).write(val)
632         }
633     }
634 }
635
636 impl<'a, K: 'a, V: 'a> NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::Internal> {
637     /// Adds a key-value pair, and an edge to go to the right of that pair,
638     /// to the end of the node.
639     pub fn push(&mut self, key: K, val: V, edge: Root<K, V>) {
640         assert!(edge.height == self.height - 1);
641
642         let len = self.len_mut();
643         let idx = usize::from(*len);
644         assert!(idx < CAPACITY);
645         *len += 1;
646         unsafe {
647             self.key_area_mut(idx).write(key);
648             self.val_area_mut(idx).write(val);
649             self.edge_area_mut(idx + 1).write(edge.node);
650             Handle::new_edge(self.reborrow_mut(), idx + 1).correct_parent_link();
651         }
652     }
653 }
654
655 impl<BorrowType, K, V> NodeRef<BorrowType, K, V, marker::Leaf> {
656     /// Removes any static information asserting that this node is a `Leaf` node.
657     pub fn forget_type(self) -> NodeRef<BorrowType, K, V, marker::LeafOrInternal> {
658         NodeRef { height: self.height, node: self.node, _marker: PhantomData }
659     }
660 }
661
662 impl<BorrowType, K, V> NodeRef<BorrowType, K, V, marker::Internal> {
663     /// Removes any static information asserting that this node is an `Internal` node.
664     pub fn forget_type(self) -> NodeRef<BorrowType, K, V, marker::LeafOrInternal> {
665         NodeRef { height: self.height, node: self.node, _marker: PhantomData }
666     }
667 }
668
669 impl<BorrowType, K, V> NodeRef<BorrowType, K, V, marker::LeafOrInternal> {
670     /// Checks whether a node is an `Internal` node or a `Leaf` node.
671     pub fn force(
672         self,
673     ) -> ForceResult<
674         NodeRef<BorrowType, K, V, marker::Leaf>,
675         NodeRef<BorrowType, K, V, marker::Internal>,
676     > {
677         if self.height == 0 {
678             ForceResult::Leaf(NodeRef {
679                 height: self.height,
680                 node: self.node,
681                 _marker: PhantomData,
682             })
683         } else {
684             ForceResult::Internal(NodeRef {
685                 height: self.height,
686                 node: self.node,
687                 _marker: PhantomData,
688             })
689         }
690     }
691 }
692
693 impl<'a, K, V> NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::LeafOrInternal> {
694     /// Unsafely asserts to the compiler the static information that this node is a `Leaf`.
695     unsafe fn cast_to_leaf_unchecked(self) -> NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::Leaf> {
696         debug_assert!(self.height == 0);
697         NodeRef { height: self.height, node: self.node, _marker: PhantomData }
698     }
699
700     /// Unsafely asserts to the compiler the static information that this node is an `Internal`.
701     unsafe fn cast_to_internal_unchecked(self) -> NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::Internal> {
702         debug_assert!(self.height > 0);
703         NodeRef { height: self.height, node: self.node, _marker: PhantomData }
704     }
705 }
706
707 /// A reference to a specific key-value pair or edge within a node. The `Node` parameter
708 /// must be a `NodeRef`, while the `Type` can either be `KV` (signifying a handle on a key-value
709 /// pair) or `Edge` (signifying a handle on an edge).
710 ///
711 /// Note that even `Leaf` nodes can have `Edge` handles. Instead of representing a pointer to
712 /// a child node, these represent the spaces where child pointers would go between the key-value
713 /// pairs. For example, in a node with length 2, there would be 3 possible edge locations - one
714 /// to the left of the node, one between the two pairs, and one at the right of the node.
715 pub struct Handle<Node, Type> {
716     node: Node,
717     idx: usize,
718     _marker: PhantomData<Type>,
719 }
720
721 impl<Node: Copy, Type> Copy for Handle<Node, Type> {}
722 // We don't need the full generality of `#[derive(Clone)]`, as the only time `Node` will be
723 // `Clone`able is when it is an immutable reference and therefore `Copy`.
724 impl<Node: Copy, Type> Clone for Handle<Node, Type> {
725     fn clone(&self) -> Self {
726         *self
727     }
728 }
729
730 impl<Node, Type> Handle<Node, Type> {
731     /// Retrieves the node that contains the edge or key-value pair this handle points to.
732     pub fn into_node(self) -> Node {
733         self.node
734     }
735
736     /// Returns the position of this handle in the node.
737     pub fn idx(&self) -> usize {
738         self.idx
739     }
740 }
741
742 impl<BorrowType, K, V, NodeType> Handle<NodeRef<BorrowType, K, V, NodeType>, marker::KV> {
743     /// Creates a new handle to a key-value pair in `node`.
744     /// Unsafe because the caller must ensure that `idx < node.len()`.
745     pub unsafe fn new_kv(node: NodeRef<BorrowType, K, V, NodeType>, idx: usize) -> Self {
746         debug_assert!(idx < node.len());
747
748         Handle { node, idx, _marker: PhantomData }
749     }
750
751     pub fn left_edge(self) -> Handle<NodeRef<BorrowType, K, V, NodeType>, marker::Edge> {
752         unsafe { Handle::new_edge(self.node, self.idx) }
753     }
754
755     pub fn right_edge(self) -> Handle<NodeRef<BorrowType, K, V, NodeType>, marker::Edge> {
756         unsafe { Handle::new_edge(self.node, self.idx + 1) }
757     }
758 }
759
760 impl<BorrowType, K, V, NodeType, HandleType> PartialEq
761     for Handle<NodeRef<BorrowType, K, V, NodeType>, HandleType>
762 {
763     fn eq(&self, other: &Self) -> bool {
764         let Self { node, idx, _marker } = self;
765         node.eq(&other.node) && *idx == other.idx
766     }
767 }
768
769 impl<BorrowType, K, V, NodeType, HandleType>
770     Handle<NodeRef<BorrowType, K, V, NodeType>, HandleType>
771 {
772     /// Temporarily takes out another immutable handle on the same location.
773     pub fn reborrow(&self) -> Handle<NodeRef<marker::Immut<'_>, K, V, NodeType>, HandleType> {
774         // We can't use Handle::new_kv or Handle::new_edge because we don't know our type
775         Handle { node: self.node.reborrow(), idx: self.idx, _marker: PhantomData }
776     }
777 }
778
779 impl<'a, K, V, NodeType, HandleType> Handle<NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, NodeType>, HandleType> {
780     /// Temporarily takes out another mutable handle on the same location. Beware, as
781     /// this method is very dangerous, doubly so since it might not immediately appear
782     /// dangerous.
783     ///
784     /// For details, see `NodeRef::reborrow_mut`.
785     pub unsafe fn reborrow_mut(
786         &mut self,
787     ) -> Handle<NodeRef<marker::Mut<'_>, K, V, NodeType>, HandleType> {
788         // We can't use Handle::new_kv or Handle::new_edge because we don't know our type
789         Handle { node: unsafe { self.node.reborrow_mut() }, idx: self.idx, _marker: PhantomData }
790     }
791 }
792
793 impl<BorrowType, K, V, NodeType> Handle<NodeRef<BorrowType, K, V, NodeType>, marker::Edge> {
794     /// Creates a new handle to an edge in `node`.
795     /// Unsafe because the caller must ensure that `idx <= node.len()`.
796     pub unsafe fn new_edge(node: NodeRef<BorrowType, K, V, NodeType>, idx: usize) -> Self {
797         debug_assert!(idx <= node.len());
798
799         Handle { node, idx, _marker: PhantomData }
800     }
801
802     pub fn left_kv(self) -> Result<Handle<NodeRef<BorrowType, K, V, NodeType>, marker::KV>, Self> {
803         if self.idx > 0 {
804             Ok(unsafe { Handle::new_kv(self.node, self.idx - 1) })
805         } else {
806             Err(self)
807         }
808     }
809
810     pub fn right_kv(self) -> Result<Handle<NodeRef<BorrowType, K, V, NodeType>, marker::KV>, Self> {
811         if self.idx < self.node.len() {
812             Ok(unsafe { Handle::new_kv(self.node, self.idx) })
813         } else {
814             Err(self)
815         }
816     }
817 }
818
819 pub enum LeftOrRight<T> {
820     Left(T),
821     Right(T),
822 }
823
824 /// Given an edge index where we want to insert into a node filled to capacity,
825 /// computes a sensible KV index of a split point and where to perform the insertion.
826 /// The goal of the split point is for its key and value to end up in a parent node;
827 /// the keys, values and edges to the left of the split point become the left child;
828 /// the keys, values and edges to the right of the split point become the right child.
829 fn splitpoint(edge_idx: usize) -> (usize, LeftOrRight<usize>) {
830     debug_assert!(edge_idx <= CAPACITY);
831     // Rust issue #74834 tries to explain these symmetric rules.
832     match edge_idx {
833         0..EDGE_IDX_LEFT_OF_CENTER => (KV_IDX_CENTER - 1, LeftOrRight::Left(edge_idx)),
834         EDGE_IDX_LEFT_OF_CENTER => (KV_IDX_CENTER, LeftOrRight::Left(edge_idx)),
835         EDGE_IDX_RIGHT_OF_CENTER => (KV_IDX_CENTER, LeftOrRight::Right(0)),
836         _ => (KV_IDX_CENTER + 1, LeftOrRight::Right(edge_idx - (KV_IDX_CENTER + 1 + 1))),
837     }
838 }
839
840 impl<'a, K: 'a, V: 'a> Handle<NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::Leaf>, marker::Edge> {
841     /// Inserts a new key-value pair between the key-value pairs to the right and left of
842     /// this edge. This method assumes that there is enough space in the node for the new
843     /// pair to fit.
844     ///
845     /// The returned pointer points to the inserted value.
846     fn insert_fit(&mut self, key: K, val: V) -> *mut V {
847         debug_assert!(self.node.len() < CAPACITY);
848         let new_len = self.node.len() + 1;
849
850         unsafe {
851             slice_insert(self.node.key_area_mut(..new_len), self.idx, key);
852             slice_insert(self.node.val_area_mut(..new_len), self.idx, val);
853             *self.node.len_mut() = new_len as u16;
854
855             self.node.val_area_mut(self.idx).assume_init_mut()
856         }
857     }
858 }
859
860 impl<'a, K: 'a, V: 'a> Handle<NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::Leaf>, marker::Edge> {
861     /// Inserts a new key-value pair between the key-value pairs to the right and left of
862     /// this edge. This method splits the node if there isn't enough room.
863     ///
864     /// The returned pointer points to the inserted value.
865     fn insert(mut self, key: K, val: V) -> (Option<SplitResult<'a, K, V, marker::Leaf>>, *mut V) {
866         if self.node.len() < CAPACITY {
867             let val_ptr = self.insert_fit(key, val);
868             (None, val_ptr)
869         } else {
870             let (middle_kv_idx, insertion) = splitpoint(self.idx);
871             let middle = unsafe { Handle::new_kv(self.node, middle_kv_idx) };
872             let mut result = middle.split();
873             let mut insertion_edge = match insertion {
874                 LeftOrRight::Left(insert_idx) => unsafe {
875                     Handle::new_edge(result.left.reborrow_mut(), insert_idx)
876                 },
877                 LeftOrRight::Right(insert_idx) => unsafe {
878                     Handle::new_edge(result.right.borrow_mut(), insert_idx)
879                 },
880             };
881             let val_ptr = insertion_edge.insert_fit(key, val);
882             (Some(result), val_ptr)
883         }
884     }
885 }
886
887 impl<'a, K, V> Handle<NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::Internal>, marker::Edge> {
888     /// Fixes the parent pointer and index in the child node that this edge
889     /// links to. This is useful when the ordering of edges has been changed,
890     fn correct_parent_link(self) {
891         // Create backpointer without invalidating other references to the node.
892         let ptr = unsafe { NonNull::new_unchecked(NodeRef::as_internal_ptr(&self.node)) };
893         let idx = self.idx;
894         let mut child = self.descend();
895         child.set_parent_link(ptr, idx);
896     }
897 }
898
899 impl<'a, K: 'a, V: 'a> Handle<NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::Internal>, marker::Edge> {
900     /// Inserts a new key-value pair and an edge that will go to the right of that new pair
901     /// between this edge and the key-value pair to the right of this edge. This method assumes
902     /// that there is enough space in the node for the new pair to fit.
903     fn insert_fit(&mut self, key: K, val: V, edge: Root<K, V>) {
904         debug_assert!(self.node.len() < CAPACITY);
905         debug_assert!(edge.height == self.node.height - 1);
906         let new_len = self.node.len() + 1;
907
908         unsafe {
909             slice_insert(self.node.key_area_mut(..new_len), self.idx, key);
910             slice_insert(self.node.val_area_mut(..new_len), self.idx, val);
911             slice_insert(self.node.edge_area_mut(..new_len + 1), self.idx + 1, edge.node);
912             *self.node.len_mut() = new_len as u16;
913
914             self.node.correct_childrens_parent_links(self.idx + 1..new_len + 1);
915         }
916     }
917
918     /// Inserts a new key-value pair and an edge that will go to the right of that new pair
919     /// between this edge and the key-value pair to the right of this edge. This method splits
920     /// the node if there isn't enough room.
921     fn insert(
922         mut self,
923         key: K,
924         val: V,
925         edge: Root<K, V>,
926     ) -> Option<SplitResult<'a, K, V, marker::Internal>> {
927         assert!(edge.height == self.node.height - 1);
928
929         if self.node.len() < CAPACITY {
930             self.insert_fit(key, val, edge);
931             None
932         } else {
933             let (middle_kv_idx, insertion) = splitpoint(self.idx);
934             let middle = unsafe { Handle::new_kv(self.node, middle_kv_idx) };
935             let mut result = middle.split();
936             let mut insertion_edge = match insertion {
937                 LeftOrRight::Left(insert_idx) => unsafe {
938                     Handle::new_edge(result.left.reborrow_mut(), insert_idx)
939                 },
940                 LeftOrRight::Right(insert_idx) => unsafe {
941                     Handle::new_edge(result.right.borrow_mut(), insert_idx)
942                 },
943             };
944             insertion_edge.insert_fit(key, val, edge);
945             Some(result)
946         }
947     }
948 }
949
950 impl<'a, K: 'a, V: 'a> Handle<NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::Leaf>, marker::Edge> {
951     /// Inserts a new key-value pair between the key-value pairs to the right and left of
952     /// this edge. This method splits the node if there isn't enough room, and tries to
953     /// insert the split off portion into the parent node recursively, until the root is reached.
954     ///
955     /// If the returned result is some `SplitResult`, the `left` field will be the root node.
956     /// The returned pointer points to the inserted value, which in the case of `SplitResult`
957     /// is in the `left` or `right` tree.
958     pub fn insert_recursing(
959         self,
960         key: K,
961         value: V,
962     ) -> (Option<SplitResult<'a, K, V, marker::LeafOrInternal>>, *mut V) {
963         let (mut split, val_ptr) = match self.insert(key, value) {
964             (None, val_ptr) => return (None, val_ptr),
965             (Some(split), val_ptr) => (split.forget_node_type(), val_ptr),
966         };
967
968         loop {
969             split = match split.left.ascend() {
970                 Ok(parent) => match parent.insert(split.kv.0, split.kv.1, split.right) {
971                     None => return (None, val_ptr),
972                     Some(split) => split.forget_node_type(),
973                 },
974                 Err(root) => return (Some(SplitResult { left: root, ..split }), val_ptr),
975             };
976         }
977     }
978 }
979
980 impl<BorrowType: marker::BorrowType, K, V>
981     Handle<NodeRef<BorrowType, K, V, marker::Internal>, marker::Edge>
982 {
983     /// Finds the node pointed to by this edge.
984     ///
985     /// The method name assumes you picture trees with the root node on top.
986     ///
987     /// `edge.descend().ascend().unwrap()` and `node.ascend().unwrap().descend()` should
988     /// both, upon success, do nothing.
989     pub fn descend(self) -> NodeRef<BorrowType, K, V, marker::LeafOrInternal> {
990         assert!(BorrowType::PERMITS_TRAVERSAL);
991         // We need to use raw pointers to nodes because, if BorrowType is
992         // marker::ValMut, there might be outstanding mutable references to
993         // values that we must not invalidate. There's no worry accessing the
994         // height field because that value is copied. Beware that, once the
995         // node pointer is dereferenced, we access the edges array with a
996         // reference (Rust issue #73987) and invalidate any other references
997         // to or inside the array, should any be around.
998         let parent_ptr = NodeRef::as_internal_ptr(&self.node);
999         let node = unsafe { (*parent_ptr).edges.get_unchecked(self.idx).assume_init_read() };
1000         NodeRef { node, height: self.node.height - 1, _marker: PhantomData }
1001     }
1002 }
1003
1004 impl<'a, K: 'a, V: 'a, NodeType> Handle<NodeRef<marker::Immut<'a>, K, V, NodeType>, marker::KV> {
1005     pub fn into_kv(self) -> (&'a K, &'a V) {
1006         debug_assert!(self.idx < self.node.len());
1007         let leaf = self.node.into_leaf();
1008         let k = unsafe { leaf.keys.get_unchecked(self.idx).assume_init_ref() };
1009         let v = unsafe { leaf.vals.get_unchecked(self.idx).assume_init_ref() };
1010         (k, v)
1011     }
1012 }
1013
1014 impl<'a, K: 'a, V: 'a, NodeType> Handle<NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, NodeType>, marker::KV> {
1015     pub fn key_mut(&mut self) -> &mut K {
1016         unsafe { self.node.key_area_mut(self.idx).assume_init_mut() }
1017     }
1018
1019     pub fn into_val_mut(self) -> &'a mut V {
1020         debug_assert!(self.idx < self.node.len());
1021         let leaf = self.node.into_leaf_mut();
1022         unsafe { leaf.vals.get_unchecked_mut(self.idx).assume_init_mut() }
1023     }
1024 }
1025
1026 impl<'a, K, V, NodeType> Handle<NodeRef<marker::ValMut<'a>, K, V, NodeType>, marker::KV> {
1027     pub fn into_kv_valmut(self) -> (&'a K, &'a mut V) {
1028         unsafe { self.node.into_key_val_mut_at(self.idx) }
1029     }
1030 }
1031
1032 impl<'a, K: 'a, V: 'a, NodeType> Handle<NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, NodeType>, marker::KV> {
1033     pub fn kv_mut(&mut self) -> (&mut K, &mut V) {
1034         debug_assert!(self.idx < self.node.len());
1035         // We cannot call separate key and value methods, because calling the second one
1036         // invalidates the reference returned by the first.
1037         unsafe {
1038             let leaf = self.node.as_leaf_mut();
1039             let key = leaf.keys.get_unchecked_mut(self.idx).assume_init_mut();
1040             let val = leaf.vals.get_unchecked_mut(self.idx).assume_init_mut();
1041             (key, val)
1042         }
1043     }
1044
1045     /// Replaces the key and value that the KV handle refers to.
1046     pub fn replace_kv(&mut self, k: K, v: V) -> (K, V) {
1047         let (key, val) = self.kv_mut();
1048         (mem::replace(key, k), mem::replace(val, v))
1049     }
1050 }
1051
1052 impl<K, V, NodeType> Handle<NodeRef<marker::Dying, K, V, NodeType>, marker::KV> {
1053     /// Extracts the key and value that the KV handle refers to.
1054     /// # Safety
1055     /// The node that the handle refers to must not yet have been deallocated.
1056     pub unsafe fn into_key_val(mut self) -> (K, V) {
1057         debug_assert!(self.idx < self.node.len());
1058         let leaf = self.node.as_leaf_dying();
1059         unsafe {
1060             let key = leaf.keys.get_unchecked_mut(self.idx).assume_init_read();
1061             let val = leaf.vals.get_unchecked_mut(self.idx).assume_init_read();
1062             (key, val)
1063         }
1064     }
1065
1066     /// Drops the key and value that the KV handle refers to.
1067     /// # Safety
1068     /// The node that the handle refers to must not yet have been deallocated.
1069     #[inline]
1070     pub unsafe fn drop_key_val(mut self) {
1071         debug_assert!(self.idx < self.node.len());
1072         let leaf = self.node.as_leaf_dying();
1073         unsafe {
1074             leaf.keys.get_unchecked_mut(self.idx).assume_init_drop();
1075             leaf.vals.get_unchecked_mut(self.idx).assume_init_drop();
1076         }
1077     }
1078 }
1079
1080 impl<'a, K: 'a, V: 'a, NodeType> Handle<NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, NodeType>, marker::KV> {
1081     /// Helps implementations of `split` for a particular `NodeType`,
1082     /// by taking care of leaf data.
1083     fn split_leaf_data(&mut self, new_node: &mut LeafNode<K, V>) -> (K, V) {
1084         debug_assert!(self.idx < self.node.len());
1085         let old_len = self.node.len();
1086         let new_len = old_len - self.idx - 1;
1087         new_node.len = new_len as u16;
1088         unsafe {
1089             let k = self.node.key_area_mut(self.idx).assume_init_read();
1090             let v = self.node.val_area_mut(self.idx).assume_init_read();
1091
1092             move_to_slice(
1093                 self.node.key_area_mut(self.idx + 1..old_len),
1094                 &mut new_node.keys[..new_len],
1095             );
1096             move_to_slice(
1097                 self.node.val_area_mut(self.idx + 1..old_len),
1098                 &mut new_node.vals[..new_len],
1099             );
1100
1101             *self.node.len_mut() = self.idx as u16;
1102             (k, v)
1103         }
1104     }
1105 }
1106
1107 impl<'a, K: 'a, V: 'a> Handle<NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::Leaf>, marker::KV> {
1108     /// Splits the underlying node into three parts:
1109     ///
1110     /// - The node is truncated to only contain the key-value pairs to the left of
1111     ///   this handle.
1112     /// - The key and value pointed to by this handle are extracted.
1113     /// - All the key-value pairs to the right of this handle are put into a newly
1114     ///   allocated node.
1115     pub fn split(mut self) -> SplitResult<'a, K, V, marker::Leaf> {
1116         let mut new_node = LeafNode::new();
1117
1118         let kv = self.split_leaf_data(&mut new_node);
1119
1120         let right = NodeRef::from_new_leaf(new_node);
1121         SplitResult { left: self.node, kv, right }
1122     }
1123
1124     /// Removes the key-value pair pointed to by this handle and returns it, along with the edge
1125     /// that the key-value pair collapsed into.
1126     pub fn remove(
1127         mut self,
1128     ) -> ((K, V), Handle<NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::Leaf>, marker::Edge>) {
1129         let old_len = self.node.len();
1130         unsafe {
1131             let k = slice_remove(self.node.key_area_mut(..old_len), self.idx);
1132             let v = slice_remove(self.node.val_area_mut(..old_len), self.idx);
1133             *self.node.len_mut() = (old_len - 1) as u16;
1134             ((k, v), self.left_edge())
1135         }
1136     }
1137 }
1138
1139 impl<'a, K: 'a, V: 'a> Handle<NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::Internal>, marker::KV> {
1140     /// Splits the underlying node into three parts:
1141     ///
1142     /// - The node is truncated to only contain the edges and key-value pairs to the
1143     ///   left of this handle.
1144     /// - The key and value pointed to by this handle are extracted.
1145     /// - All the edges and key-value pairs to the right of this handle are put into
1146     ///   a newly allocated node.
1147     pub fn split(mut self) -> SplitResult<'a, K, V, marker::Internal> {
1148         let old_len = self.node.len();
1149         unsafe {
1150             let mut new_node = InternalNode::new();
1151             let kv = self.split_leaf_data(&mut new_node.data);
1152             let new_len = usize::from(new_node.data.len);
1153             move_to_slice(
1154                 self.node.edge_area_mut(self.idx + 1..old_len + 1),
1155                 &mut new_node.edges[..new_len + 1],
1156             );
1157
1158             let height = self.node.height;
1159             let right = NodeRef::from_new_internal(new_node, height);
1160
1161             SplitResult { left: self.node, kv, right }
1162         }
1163     }
1164 }
1165
1166 /// Represents a session for evaluating and performing a balancing operation
1167 /// around an internal key-value pair.
1168 pub struct BalancingContext<'a, K, V> {
1169     parent: Handle<NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::Internal>, marker::KV>,
1170     left_child: NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::LeafOrInternal>,
1171     right_child: NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::LeafOrInternal>,
1172 }
1173
1174 impl<'a, K, V> Handle<NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::Internal>, marker::KV> {
1175     pub fn consider_for_balancing(self) -> BalancingContext<'a, K, V> {
1176         let self1 = unsafe { ptr::read(&self) };
1177         let self2 = unsafe { ptr::read(&self) };
1178         BalancingContext {
1179             parent: self,
1180             left_child: self1.left_edge().descend(),
1181             right_child: self2.right_edge().descend(),
1182         }
1183     }
1184 }
1185
1186 impl<'a, K, V> NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::LeafOrInternal> {
1187     /// Chooses a balancing context involving the node as a child, thus between
1188     /// the KV immediately to the left or to the right in the parent node.
1189     /// Returns an `Err` if there is no parent.
1190     /// Panics if the parent is empty.
1191     ///
1192     /// Prefers the left side, to be optimal if the given node is somehow
1193     /// underfull, meaning here only that it has fewer elements than its left
1194     /// sibling and than its right sibling, if they exist. In that case,
1195     /// merging with the left sibling is faster, since we only need to move
1196     /// the node's N elements, instead of shifting them to the right and moving
1197     /// more than N elements in front. Stealing from the left sibling is also
1198     /// typically faster, since we only need to shift the node's N elements to
1199     /// the right, instead of shifting at least N of the sibling's elements to
1200     /// the left.
1201     pub fn choose_parent_kv(self) -> Result<LeftOrRight<BalancingContext<'a, K, V>>, Self> {
1202         match unsafe { ptr::read(&self) }.ascend() {
1203             Ok(parent_edge) => match parent_edge.left_kv() {
1204                 Ok(left_parent_kv) => Ok(LeftOrRight::Left(BalancingContext {
1205                     parent: unsafe { ptr::read(&left_parent_kv) },
1206                     left_child: left_parent_kv.left_edge().descend(),
1207                     right_child: self,
1208                 })),
1209                 Err(parent_edge) => match parent_edge.right_kv() {
1210                     Ok(right_parent_kv) => Ok(LeftOrRight::Right(BalancingContext {
1211                         parent: unsafe { ptr::read(&right_parent_kv) },
1212                         left_child: self,
1213                         right_child: right_parent_kv.right_edge().descend(),
1214                     })),
1215                     Err(_) => unreachable!("empty internal node"),
1216                 },
1217             },
1218             Err(root) => Err(root),
1219         }
1220     }
1221 }
1222
1223 impl<'a, K, V> BalancingContext<'a, K, V> {
1224     pub fn left_child_len(&self) -> usize {
1225         self.left_child.len()
1226     }
1227
1228     pub fn right_child_len(&self) -> usize {
1229         self.right_child.len()
1230     }
1231
1232     pub fn into_left_child(self) -> NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::LeafOrInternal> {
1233         self.left_child
1234     }
1235
1236     pub fn into_right_child(self) -> NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::LeafOrInternal> {
1237         self.right_child
1238     }
1239
1240     /// Returns whether merging is possible, i.e., whether there is enough room
1241     /// in a node to combine the central KV with both adjacent child nodes.
1242     pub fn can_merge(&self) -> bool {
1243         self.left_child.len() + 1 + self.right_child.len() <= CAPACITY
1244     }
1245 }
1246
1247 impl<'a, K: 'a, V: 'a> BalancingContext<'a, K, V> {
1248     /// Performs a merge and lets a closure decide what to return.
1249     fn do_merge<
1250         F: FnOnce(
1251             NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::Internal>,
1252             NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::LeafOrInternal>,
1253         ) -> R,
1254         R,
1255     >(
1256         self,
1257         result: F,
1258     ) -> R {
1259         let Handle { node: mut parent_node, idx: parent_idx, _marker } = self.parent;
1260         let old_parent_len = parent_node.len();
1261         let mut left_node = self.left_child;
1262         let old_left_len = left_node.len();
1263         let mut right_node = self.right_child;
1264         let right_len = right_node.len();
1265         let new_left_len = old_left_len + 1 + right_len;
1266
1267         assert!(new_left_len <= CAPACITY);
1268
1269         unsafe {
1270             *left_node.len_mut() = new_left_len as u16;
1271
1272             let parent_key = slice_remove(parent_node.key_area_mut(..old_parent_len), parent_idx);
1273             left_node.key_area_mut(old_left_len).write(parent_key);
1274             move_to_slice(
1275                 right_node.key_area_mut(..right_len),
1276                 left_node.key_area_mut(old_left_len + 1..new_left_len),
1277             );
1278
1279             let parent_val = slice_remove(parent_node.val_area_mut(..old_parent_len), parent_idx);
1280             left_node.val_area_mut(old_left_len).write(parent_val);
1281             move_to_slice(
1282                 right_node.val_area_mut(..right_len),
1283                 left_node.val_area_mut(old_left_len + 1..new_left_len),
1284             );
1285
1286             slice_remove(&mut parent_node.edge_area_mut(..old_parent_len + 1), parent_idx + 1);
1287             parent_node.correct_childrens_parent_links(parent_idx + 1..old_parent_len);
1288             *parent_node.len_mut() -= 1;
1289
1290             if parent_node.height > 1 {
1291                 // SAFETY: the height of the nodes being merged is one below the height
1292                 // of the node of this edge, thus above zero, so they are internal.
1293                 let mut left_node = left_node.reborrow_mut().cast_to_internal_unchecked();
1294                 let mut right_node = right_node.cast_to_internal_unchecked();
1295                 move_to_slice(
1296                     right_node.edge_area_mut(..right_len + 1),
1297                     left_node.edge_area_mut(old_left_len + 1..new_left_len + 1),
1298                 );
1299
1300                 left_node.correct_childrens_parent_links(old_left_len + 1..new_left_len + 1);
1301
1302                 Global.deallocate(right_node.node.cast(), Layout::new::<InternalNode<K, V>>());
1303             } else {
1304                 Global.deallocate(right_node.node.cast(), Layout::new::<LeafNode<K, V>>());
1305             }
1306         }
1307         result(parent_node, left_node)
1308     }
1309
1310     /// Merges the parent's key-value pair and both adjacent child nodes into
1311     /// the left child node and returns the shrunk parent node.
1312     ///
1313     /// Panics unless we `.can_merge()`.
1314     pub fn merge_tracking_parent(self) -> NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::Internal> {
1315         self.do_merge(|parent, _child| parent)
1316     }
1317
1318     /// Merges the parent's key-value pair and both adjacent child nodes into
1319     /// the left child node and returns that child node.
1320     ///
1321     /// Panics unless we `.can_merge()`.
1322     pub fn merge_tracking_child(self) -> NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::LeafOrInternal> {
1323         self.do_merge(|_parent, child| child)
1324     }
1325
1326     /// Merges the parent's key-value pair and both adjacent child nodes into
1327     /// the left child node and returns the edge handle in that child node
1328     /// where the tracked child edge ended up,
1329     ///
1330     /// Panics unless we `.can_merge()`.
1331     pub fn merge_tracking_child_edge(
1332         self,
1333         track_edge_idx: LeftOrRight<usize>,
1334     ) -> Handle<NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::LeafOrInternal>, marker::Edge> {
1335         let old_left_len = self.left_child.len();
1336         let right_len = self.right_child.len();
1337         assert!(match track_edge_idx {
1338             LeftOrRight::Left(idx) => idx <= old_left_len,
1339             LeftOrRight::Right(idx) => idx <= right_len,
1340         });
1341         let child = self.merge_tracking_child();
1342         let new_idx = match track_edge_idx {
1343             LeftOrRight::Left(idx) => idx,
1344             LeftOrRight::Right(idx) => old_left_len + 1 + idx,
1345         };
1346         unsafe { Handle::new_edge(child, new_idx) }
1347     }
1348
1349     /// Removes a key-value pair from the left child and places it in the key-value storage
1350     /// of the parent, while pushing the old parent key-value pair into the right child.
1351     /// Returns a handle to the edge in the right child corresponding to where the original
1352     /// edge specified by `track_right_edge_idx` ended up.
1353     pub fn steal_left(
1354         mut self,
1355         track_right_edge_idx: usize,
1356     ) -> Handle<NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::LeafOrInternal>, marker::Edge> {
1357         self.bulk_steal_left(1);
1358         unsafe { Handle::new_edge(self.right_child, 1 + track_right_edge_idx) }
1359     }
1360
1361     /// Removes a key-value pair from the right child and places it in the key-value storage
1362     /// of the parent, while pushing the old parent key-value pair onto the left child.
1363     /// Returns a handle to the edge in the left child specified by `track_left_edge_idx`,
1364     /// which didn't move.
1365     pub fn steal_right(
1366         mut self,
1367         track_left_edge_idx: usize,
1368     ) -> Handle<NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::LeafOrInternal>, marker::Edge> {
1369         self.bulk_steal_right(1);
1370         unsafe { Handle::new_edge(self.left_child, track_left_edge_idx) }
1371     }
1372
1373     /// This does stealing similar to `steal_left` but steals multiple elements at once.
1374     pub fn bulk_steal_left(&mut self, count: usize) {
1375         assert!(count > 0);
1376         unsafe {
1377             let left_node = &mut self.left_child;
1378             let old_left_len = left_node.len();
1379             let right_node = &mut self.right_child;
1380             let old_right_len = right_node.len();
1381
1382             // Make sure that we may steal safely.
1383             assert!(old_right_len + count <= CAPACITY);
1384             assert!(old_left_len >= count);
1385
1386             let new_left_len = old_left_len - count;
1387             let new_right_len = old_right_len + count;
1388             *left_node.len_mut() = new_left_len as u16;
1389             *right_node.len_mut() = new_right_len as u16;
1390
1391             // Move leaf data.
1392             {
1393                 // Make room for stolen elements in the right child.
1394                 slice_shr(right_node.key_area_mut(..new_right_len), count);
1395                 slice_shr(right_node.val_area_mut(..new_right_len), count);
1396
1397                 // Move elements from the left child to the right one.
1398                 move_to_slice(
1399                     left_node.key_area_mut(new_left_len + 1..old_left_len),
1400                     right_node.key_area_mut(..count - 1),
1401                 );
1402                 move_to_slice(
1403                     left_node.val_area_mut(new_left_len + 1..old_left_len),
1404                     right_node.val_area_mut(..count - 1),
1405                 );
1406
1407                 // Move the left-most stolen pair to the parent.
1408                 let k = left_node.key_area_mut(new_left_len).assume_init_read();
1409                 let v = left_node.val_area_mut(new_left_len).assume_init_read();
1410                 let (k, v) = self.parent.replace_kv(k, v);
1411
1412                 // Move parent's key-value pair to the right child.
1413                 right_node.key_area_mut(count - 1).write(k);
1414                 right_node.val_area_mut(count - 1).write(v);
1415             }
1416
1417             match (left_node.reborrow_mut().force(), right_node.reborrow_mut().force()) {
1418                 (ForceResult::Internal(mut left), ForceResult::Internal(mut right)) => {
1419                     // Make room for stolen edges.
1420                     slice_shr(right.edge_area_mut(..new_right_len + 1), count);
1421
1422                     // Steal edges.
1423                     move_to_slice(
1424                         left.edge_area_mut(new_left_len + 1..old_left_len + 1),
1425                         right.edge_area_mut(..count),
1426                     );
1427
1428                     right.correct_childrens_parent_links(0..new_right_len + 1);
1429                 }
1430                 (ForceResult::Leaf(_), ForceResult::Leaf(_)) => {}
1431                 _ => unreachable!(),
1432             }
1433         }
1434     }
1435
1436     /// The symmetric clone of `bulk_steal_left`.
1437     pub fn bulk_steal_right(&mut self, count: usize) {
1438         assert!(count > 0);
1439         unsafe {
1440             let left_node = &mut self.left_child;
1441             let old_left_len = left_node.len();
1442             let right_node = &mut self.right_child;
1443             let old_right_len = right_node.len();
1444
1445             // Make sure that we may steal safely.
1446             assert!(old_left_len + count <= CAPACITY);
1447             assert!(old_right_len >= count);
1448
1449             let new_left_len = old_left_len + count;
1450             let new_right_len = old_right_len - count;
1451             *left_node.len_mut() = new_left_len as u16;
1452             *right_node.len_mut() = new_right_len as u16;
1453
1454             // Move leaf data.
1455             {
1456                 // Move the right-most stolen pair to the parent.
1457                 let k = right_node.key_area_mut(count - 1).assume_init_read();
1458                 let v = right_node.val_area_mut(count - 1).assume_init_read();
1459                 let (k, v) = self.parent.replace_kv(k, v);
1460
1461                 // Move parent's key-value pair to the left child.
1462                 left_node.key_area_mut(old_left_len).write(k);
1463                 left_node.val_area_mut(old_left_len).write(v);
1464
1465                 // Move elements from the right child to the left one.
1466                 move_to_slice(
1467                     right_node.key_area_mut(..count - 1),
1468                     left_node.key_area_mut(old_left_len + 1..new_left_len),
1469                 );
1470                 move_to_slice(
1471                     right_node.val_area_mut(..count - 1),
1472                     left_node.val_area_mut(old_left_len + 1..new_left_len),
1473                 );
1474
1475                 // Fill gap where stolen elements used to be.
1476                 slice_shl(right_node.key_area_mut(..old_right_len), count);
1477                 slice_shl(right_node.val_area_mut(..old_right_len), count);
1478             }
1479
1480             match (left_node.reborrow_mut().force(), right_node.reborrow_mut().force()) {
1481                 (ForceResult::Internal(mut left), ForceResult::Internal(mut right)) => {
1482                     // Steal edges.
1483                     move_to_slice(
1484                         right.edge_area_mut(..count),
1485                         left.edge_area_mut(old_left_len + 1..new_left_len + 1),
1486                     );
1487
1488                     // Fill gap where stolen edges used to be.
1489                     slice_shl(right.edge_area_mut(..old_right_len + 1), count);
1490
1491                     left.correct_childrens_parent_links(old_left_len + 1..new_left_len + 1);
1492                     right.correct_childrens_parent_links(0..new_right_len + 1);
1493                 }
1494                 (ForceResult::Leaf(_), ForceResult::Leaf(_)) => {}
1495                 _ => unreachable!(),
1496             }
1497         }
1498     }
1499 }
1500
1501 impl<BorrowType, K, V> Handle<NodeRef<BorrowType, K, V, marker::Leaf>, marker::Edge> {
1502     pub fn forget_node_type(
1503         self,
1504     ) -> Handle<NodeRef<BorrowType, K, V, marker::LeafOrInternal>, marker::Edge> {
1505         unsafe { Handle::new_edge(self.node.forget_type(), self.idx) }
1506     }
1507 }
1508
1509 impl<BorrowType, K, V> Handle<NodeRef<BorrowType, K, V, marker::Internal>, marker::Edge> {
1510     pub fn forget_node_type(
1511         self,
1512     ) -> Handle<NodeRef<BorrowType, K, V, marker::LeafOrInternal>, marker::Edge> {
1513         unsafe { Handle::new_edge(self.node.forget_type(), self.idx) }
1514     }
1515 }
1516
1517 impl<BorrowType, K, V> Handle<NodeRef<BorrowType, K, V, marker::Leaf>, marker::KV> {
1518     pub fn forget_node_type(
1519         self,
1520     ) -> Handle<NodeRef<BorrowType, K, V, marker::LeafOrInternal>, marker::KV> {
1521         unsafe { Handle::new_kv(self.node.forget_type(), self.idx) }
1522     }
1523 }
1524
1525 impl<BorrowType, K, V, Type> Handle<NodeRef<BorrowType, K, V, marker::LeafOrInternal>, Type> {
1526     /// Checks whether the underlying node is an `Internal` node or a `Leaf` node.
1527     pub fn force(
1528         self,
1529     ) -> ForceResult<
1530         Handle<NodeRef<BorrowType, K, V, marker::Leaf>, Type>,
1531         Handle<NodeRef<BorrowType, K, V, marker::Internal>, Type>,
1532     > {
1533         match self.node.force() {
1534             ForceResult::Leaf(node) => {
1535                 ForceResult::Leaf(Handle { node, idx: self.idx, _marker: PhantomData })
1536             }
1537             ForceResult::Internal(node) => {
1538                 ForceResult::Internal(Handle { node, idx: self.idx, _marker: PhantomData })
1539             }
1540         }
1541     }
1542 }
1543
1544 impl<'a, K, V, Type> Handle<NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::LeafOrInternal>, Type> {
1545     /// Unsafely asserts to the compiler the static information that the handle's node is a `Leaf`.
1546     pub unsafe fn cast_to_leaf_unchecked(
1547         self,
1548     ) -> Handle<NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::Leaf>, Type> {
1549         let node = unsafe { self.node.cast_to_leaf_unchecked() };
1550         Handle { node, idx: self.idx, _marker: PhantomData }
1551     }
1552 }
1553
1554 impl<'a, K, V> Handle<NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::LeafOrInternal>, marker::Edge> {
1555     /// Move the suffix after `self` from one node to another one. `right` must be empty.
1556     /// The first edge of `right` remains unchanged.
1557     pub fn move_suffix(
1558         &mut self,
1559         right: &mut NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::LeafOrInternal>,
1560     ) {
1561         unsafe {
1562             let new_left_len = self.idx;
1563             let mut left_node = self.reborrow_mut().into_node();
1564             let old_left_len = left_node.len();
1565
1566             let new_right_len = old_left_len - new_left_len;
1567             let mut right_node = right.reborrow_mut();
1568
1569             assert!(right_node.len() == 0);
1570             assert!(left_node.height == right_node.height);
1571
1572             if new_right_len > 0 {
1573                 *left_node.len_mut() = new_left_len as u16;
1574                 *right_node.len_mut() = new_right_len as u16;
1575
1576                 move_to_slice(
1577                     left_node.key_area_mut(new_left_len..old_left_len),
1578                     right_node.key_area_mut(..new_right_len),
1579                 );
1580                 move_to_slice(
1581                     left_node.val_area_mut(new_left_len..old_left_len),
1582                     right_node.val_area_mut(..new_right_len),
1583                 );
1584                 match (left_node.force(), right_node.force()) {
1585                     (ForceResult::Internal(mut left), ForceResult::Internal(mut right)) => {
1586                         move_to_slice(
1587                             left.edge_area_mut(new_left_len + 1..old_left_len + 1),
1588                             right.edge_area_mut(1..new_right_len + 1),
1589                         );
1590                         right.correct_childrens_parent_links(1..new_right_len + 1);
1591                     }
1592                     (ForceResult::Leaf(_), ForceResult::Leaf(_)) => {}
1593                     _ => unreachable!(),
1594                 }
1595             }
1596         }
1597     }
1598 }
1599
1600 pub enum ForceResult<Leaf, Internal> {
1601     Leaf(Leaf),
1602     Internal(Internal),
1603 }
1604
1605 /// Result of insertion, when a node needed to expand beyond its capacity.
1606 pub struct SplitResult<'a, K, V, NodeType> {
1607     // Altered node in existing tree with elements and edges that belong to the left of `kv`.
1608     pub left: NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, NodeType>,
1609     // Some key and value that existed before and were split off, to be inserted elsewhere.
1610     pub kv: (K, V),
1611     // Owned, unattached, new node with elements and edges that belong to the right of `kv`.
1612     pub right: NodeRef<marker::Owned, K, V, NodeType>,
1613 }
1614
1615 impl<'a, K, V> SplitResult<'a, K, V, marker::Leaf> {
1616     pub fn forget_node_type(self) -> SplitResult<'a, K, V, marker::LeafOrInternal> {
1617         SplitResult { left: self.left.forget_type(), kv: self.kv, right: self.right.forget_type() }
1618     }
1619 }
1620
1621 impl<'a, K, V> SplitResult<'a, K, V, marker::Internal> {
1622     pub fn forget_node_type(self) -> SplitResult<'a, K, V, marker::LeafOrInternal> {
1623         SplitResult { left: self.left.forget_type(), kv: self.kv, right: self.right.forget_type() }
1624     }
1625 }
1626
1627 pub mod marker {
1628     use core::marker::PhantomData;
1629
1630     pub enum Leaf {}
1631     pub enum Internal {}
1632     pub enum LeafOrInternal {}
1633
1634     pub enum Owned {}
1635     pub enum Dying {}
1636     pub struct Immut<'a>(PhantomData<&'a ()>);
1637     pub struct Mut<'a>(PhantomData<&'a mut ()>);
1638     pub struct ValMut<'a>(PhantomData<&'a mut ()>);
1639
1640     pub trait BorrowType {
1641         // Whether node references of this borrow type allow traversing
1642         // to other nodes in the tree.
1643         const PERMITS_TRAVERSAL: bool = true;
1644     }
1645     impl BorrowType for Owned {
1646         // Traversal isn't needed, it happens using the result of `borrow_mut`.
1647         // By disabling traversal, and only creating new references to roots,
1648         // we know that every reference of the `Owned` type is to a root node.
1649         const PERMITS_TRAVERSAL: bool = false;
1650     }
1651     impl BorrowType for Dying {}
1652     impl<'a> BorrowType for Immut<'a> {}
1653     impl<'a> BorrowType for Mut<'a> {}
1654     impl<'a> BorrowType for ValMut<'a> {}
1655
1656     pub enum KV {}
1657     pub enum Edge {}
1658 }
1659
1660 /// Inserts a value into a slice of initialized elements followed by one uninitialized element.
1661 ///
1662 /// # Safety
1663 /// The slice has more than `idx` elements.
1664 unsafe fn slice_insert<T>(slice: &mut [MaybeUninit<T>], idx: usize, val: T) {
1665     unsafe {
1666         let len = slice.len();
1667         debug_assert!(len > idx);
1668         let slice_ptr = slice.as_mut_ptr();
1669         if len > idx + 1 {
1670             ptr::copy(slice_ptr.add(idx), slice_ptr.add(idx + 1), len - idx - 1);
1671         }
1672         (*slice_ptr.add(idx)).write(val);
1673     }
1674 }
1675
1676 /// Removes and returns a value from a slice of all initialized elements, leaving behind one
1677 /// trailing uninitialized element.
1678 ///
1679 /// # Safety
1680 /// The slice has more than `idx` elements.
1681 unsafe fn slice_remove<T>(slice: &mut [MaybeUninit<T>], idx: usize) -> T {
1682     unsafe {
1683         let len = slice.len();
1684         debug_assert!(idx < len);
1685         let slice_ptr = slice.as_mut_ptr();
1686         let ret = (*slice_ptr.add(idx)).assume_init_read();
1687         ptr::copy(slice_ptr.add(idx + 1), slice_ptr.add(idx), len - idx - 1);
1688         ret
1689     }
1690 }
1691
1692 /// Shifts the elements in a slice `distance` positions to the left.
1693 ///
1694 /// # Safety
1695 /// The slice has at least `distance` elements.
1696 unsafe fn slice_shl<T>(slice: &mut [MaybeUninit<T>], distance: usize) {
1697     unsafe {
1698         let slice_ptr = slice.as_mut_ptr();
1699         ptr::copy(slice_ptr.add(distance), slice_ptr, slice.len() - distance);
1700     }
1701 }
1702
1703 /// Shifts the elements in a slice `distance` positions to the right.
1704 ///
1705 /// # Safety
1706 /// The slice has at least `distance` elements.
1707 unsafe fn slice_shr<T>(slice: &mut [MaybeUninit<T>], distance: usize) {
1708     unsafe {
1709         let slice_ptr = slice.as_mut_ptr();
1710         ptr::copy(slice_ptr, slice_ptr.add(distance), slice.len() - distance);
1711     }
1712 }
1713
1714 /// Moves all values from a slice of initialized elements to a slice
1715 /// of uninitialized elements, leaving behind `src` as all uninitialized.
1716 /// Works like `dst.copy_from_slice(src)` but does not require `T` to be `Copy`.
1717 fn move_to_slice<T>(src: &mut [MaybeUninit<T>], dst: &mut [MaybeUninit<T>]) {
1718     assert!(src.len() == dst.len());
1719     unsafe {
1720         ptr::copy_nonoverlapping(src.as_ptr(), dst.as_mut_ptr(), src.len());
1721     }
1722 }
1723
1724 #[cfg(test)]
1725 mod tests;