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[rust.git] / src / liballoc / collections / btree / map.rs
1 use core::borrow::Borrow;
2 use core::cmp::Ordering;
3 use core::fmt::Debug;
4 use core::hash::{Hash, Hasher};
5 use core::iter::{FromIterator, FusedIterator, Peekable};
6 use core::marker::PhantomData;
7 use core::ops::Bound::{Excluded, Included, Unbounded};
8 use core::ops::{Index, RangeBounds};
9 use core::{fmt, mem, ptr};
10
11 use super::node::{self, marker, ForceResult::*, Handle, InsertResult::*, NodeRef};
12 use super::search::{self, SearchResult::*};
13 use super::unwrap_unchecked;
14
15 use Entry::*;
16 use UnderflowResult::*;
17
18 /// A map based on a B-Tree.
19 ///
20 /// B-Trees represent a fundamental compromise between cache-efficiency and actually minimizing
21 /// the amount of work performed in a search. In theory, a binary search tree (BST) is the optimal
22 /// choice for a sorted map, as a perfectly balanced BST performs the theoretical minimum amount of
23 /// comparisons necessary to find an element (log<sub>2</sub>n). However, in practice the way this
24 /// is done is *very* inefficient for modern computer architectures. In particular, every element
25 /// is stored in its own individually heap-allocated node. This means that every single insertion
26 /// triggers a heap-allocation, and every single comparison should be a cache-miss. Since these
27 /// are both notably expensive things to do in practice, we are forced to at very least reconsider
28 /// the BST strategy.
29 ///
30 /// A B-Tree instead makes each node contain B-1 to 2B-1 elements in a contiguous array. By doing
31 /// this, we reduce the number of allocations by a factor of B, and improve cache efficiency in
32 /// searches. However, this does mean that searches will have to do *more* comparisons on average.
33 /// The precise number of comparisons depends on the node search strategy used. For optimal cache
34 /// efficiency, one could search the nodes linearly. For optimal comparisons, one could search
35 /// the node using binary search. As a compromise, one could also perform a linear search
36 /// that initially only checks every i<sup>th</sup> element for some choice of i.
37 ///
38 /// Currently, our implementation simply performs naive linear search. This provides excellent
39 /// performance on *small* nodes of elements which are cheap to compare. However in the future we
40 /// would like to further explore choosing the optimal search strategy based on the choice of B,
41 /// and possibly other factors. Using linear search, searching for a random element is expected
42 /// to take O(B log<sub>B</sub>n) comparisons, which is generally worse than a BST. In practice,
43 /// however, performance is excellent.
44 ///
45 /// It is a logic error for a key to be modified in such a way that the key's ordering relative to
46 /// any other key, as determined by the [`Ord`] trait, changes while it is in the map. This is
47 /// normally only possible through [`Cell`], [`RefCell`], global state, I/O, or unsafe code.
48 ///
49 /// [`Ord`]: ../../std/cmp/trait.Ord.html
50 /// [`Cell`]: ../../std/cell/struct.Cell.html
51 /// [`RefCell`]: ../../std/cell/struct.RefCell.html
52 ///
53 /// # Examples
54 ///
55 /// ```
56 /// use std::collections::BTreeMap;
57 ///
58 /// // type inference lets us omit an explicit type signature (which
59 /// // would be `BTreeMap<&str, &str>` in this example).
60 /// let mut movie_reviews = BTreeMap::new();
61 ///
62 /// // review some movies.
63 /// movie_reviews.insert("Office Space",       "Deals with real issues in the workplace.");
64 /// movie_reviews.insert("Pulp Fiction",       "Masterpiece.");
65 /// movie_reviews.insert("The Godfather",      "Very enjoyable.");
66 /// movie_reviews.insert("The Blues Brothers", "Eye lyked it a lot.");
67 ///
68 /// // check for a specific one.
69 /// if !movie_reviews.contains_key("Les Misérables") {
70 ///     println!("We've got {} reviews, but Les Misérables ain't one.",
71 ///              movie_reviews.len());
72 /// }
73 ///
74 /// // oops, this review has a lot of spelling mistakes, let's delete it.
75 /// movie_reviews.remove("The Blues Brothers");
76 ///
77 /// // look up the values associated with some keys.
78 /// let to_find = ["Up!", "Office Space"];
79 /// for movie in &to_find {
80 ///     match movie_reviews.get(movie) {
81 ///        Some(review) => println!("{}: {}", movie, review),
82 ///        None => println!("{} is unreviewed.", movie)
83 ///     }
84 /// }
85 ///
86 /// // Look up the value for a key (will panic if the key is not found).
87 /// println!("Movie review: {}", movie_reviews["Office Space"]);
88 ///
89 /// // iterate over everything.
90 /// for (movie, review) in &movie_reviews {
91 ///     println!("{}: \"{}\"", movie, review);
92 /// }
93 /// ```
94 ///
95 /// `BTreeMap` also implements an [`Entry API`](#method.entry), which allows
96 /// for more complex methods of getting, setting, updating and removing keys and
97 /// their values:
98 ///
99 /// ```
100 /// use std::collections::BTreeMap;
101 ///
102 /// // type inference lets us omit an explicit type signature (which
103 /// // would be `BTreeMap<&str, u8>` in this example).
104 /// let mut player_stats = BTreeMap::new();
105 ///
106 /// fn random_stat_buff() -> u8 {
107 ///     // could actually return some random value here - let's just return
108 ///     // some fixed value for now
109 ///     42
110 /// }
111 ///
112 /// // insert a key only if it doesn't already exist
113 /// player_stats.entry("health").or_insert(100);
114 ///
115 /// // insert a key using a function that provides a new value only if it
116 /// // doesn't already exist
117 /// player_stats.entry("defence").or_insert_with(random_stat_buff);
118 ///
119 /// // update a key, guarding against the key possibly not being set
120 /// let stat = player_stats.entry("attack").or_insert(100);
121 /// *stat += random_stat_buff();
122 /// ```
123 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
124 pub struct BTreeMap<K, V> {
125     root: node::Root<K, V>,
126     length: usize,
127 }
128
129 #[stable(feature = "btree_drop", since = "1.7.0")]
130 unsafe impl<#[may_dangle] K, #[may_dangle] V> Drop for BTreeMap<K, V> {
131     fn drop(&mut self) {
132         unsafe {
133             drop(ptr::read(self).into_iter());
134         }
135     }
136 }
137
138 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
139 impl<K: Clone, V: Clone> Clone for BTreeMap<K, V> {
140     fn clone(&self) -> BTreeMap<K, V> {
141         fn clone_subtree<'a, K: Clone, V: Clone>(
142             node: node::NodeRef<marker::Immut<'a>, K, V, marker::LeafOrInternal>,
143         ) -> BTreeMap<K, V>
144         where
145             K: 'a,
146             V: 'a,
147         {
148             match node.force() {
149                 Leaf(leaf) => {
150                     let mut out_tree = BTreeMap { root: node::Root::new_leaf(), length: 0 };
151
152                     {
153                         let mut out_node = match out_tree.root.as_mut().force() {
154                             Leaf(leaf) => leaf,
155                             Internal(_) => unreachable!(),
156                         };
157
158                         let mut in_edge = leaf.first_edge();
159                         while let Ok(kv) = in_edge.right_kv() {
160                             let (k, v) = kv.into_kv();
161                             in_edge = kv.right_edge();
162
163                             out_node.push(k.clone(), v.clone());
164                             out_tree.length += 1;
165                         }
166                     }
167
168                     out_tree
169                 }
170                 Internal(internal) => {
171                     let mut out_tree = clone_subtree(internal.first_edge().descend());
172
173                     {
174                         let mut out_node = out_tree.root.push_level();
175                         let mut in_edge = internal.first_edge();
176                         while let Ok(kv) = in_edge.right_kv() {
177                             let (k, v) = kv.into_kv();
178                             in_edge = kv.right_edge();
179
180                             let k = (*k).clone();
181                             let v = (*v).clone();
182                             let subtree = clone_subtree(in_edge.descend());
183
184                             // We can't destructure subtree directly
185                             // because BTreeMap implements Drop
186                             let (subroot, sublength) = unsafe {
187                                 let root = ptr::read(&subtree.root);
188                                 let length = subtree.length;
189                                 mem::forget(subtree);
190                                 (root, length)
191                             };
192
193                             out_node.push(k, v, subroot);
194                             out_tree.length += 1 + sublength;
195                         }
196                     }
197
198                     out_tree
199                 }
200             }
201         }
202
203         if self.is_empty() {
204             // Ideally we'd call `BTreeMap::new` here, but that has the `K:
205             // Ord` constraint, which this method lacks.
206             BTreeMap { root: node::Root::shared_empty_root(), length: 0 }
207         } else {
208             clone_subtree(self.root.as_ref())
209         }
210     }
211
212     fn clone_from(&mut self, other: &Self) {
213         BTreeClone::clone_from(self, other);
214     }
215 }
216
217 trait BTreeClone {
218     fn clone_from(&mut self, other: &Self);
219 }
220
221 impl<K: Clone, V: Clone> BTreeClone for BTreeMap<K, V> {
222     default fn clone_from(&mut self, other: &Self) {
223         *self = other.clone();
224     }
225 }
226
227 impl<K: Clone + Ord, V: Clone> BTreeClone for BTreeMap<K, V> {
228     fn clone_from(&mut self, other: &Self) {
229         // This truncates `self` to `other.len()` by calling `split_off` on
230         // the first key after `other.len()` elements if it exists.
231         let split_off_key = if self.len() > other.len() {
232             let diff = self.len() - other.len();
233             if diff <= other.len() {
234                 self.iter().nth_back(diff - 1).map(|pair| (*pair.0).clone())
235             } else {
236                 self.iter().nth(other.len()).map(|pair| (*pair.0).clone())
237             }
238         } else {
239             None
240         };
241         if let Some(key) = split_off_key {
242             self.split_off(&key);
243         }
244
245         let mut siter = self.range_mut(..);
246         let mut oiter = other.iter();
247         // After truncation, `self` is at most as long as `other` so this loop
248         // replaces every key-value pair in `self`. Since `oiter` is in sorted
249         // order and the structure of the `BTreeMap` stays the same,
250         // the BTree invariants are maintained at the end of the loop.
251         while !siter.is_empty() {
252             if let Some((ok, ov)) = oiter.next() {
253                 // SAFETY: This is safe because `siter` is nonempty.
254                 let (sk, sv) = unsafe { siter.next_unchecked() };
255                 sk.clone_from(ok);
256                 sv.clone_from(ov);
257             } else {
258                 break;
259             }
260         }
261         // If `other` is longer than `self`, the remaining elements are inserted.
262         self.extend(oiter.map(|(k, v)| ((*k).clone(), (*v).clone())));
263     }
264 }
265
266 impl<K, Q: ?Sized> super::Recover<Q> for BTreeMap<K, ()>
267 where
268     K: Borrow<Q> + Ord,
269     Q: Ord,
270 {
271     type Key = K;
272
273     fn get(&self, key: &Q) -> Option<&K> {
274         match search::search_tree(self.root.as_ref(), key) {
275             Found(handle) => Some(handle.into_kv().0),
276             GoDown(_) => None,
277         }
278     }
279
280     fn take(&mut self, key: &Q) -> Option<K> {
281         match search::search_tree(self.root.as_mut(), key) {
282             Found(handle) => Some(
283                 OccupiedEntry { handle, length: &mut self.length, _marker: PhantomData }
284                     .remove_kv()
285                     .0,
286             ),
287             GoDown(_) => None,
288         }
289     }
290
291     fn replace(&mut self, key: K) -> Option<K> {
292         self.ensure_root_is_owned();
293         match search::search_tree::<marker::Mut<'_>, K, (), K>(self.root.as_mut(), &key) {
294             Found(handle) => Some(mem::replace(handle.into_kv_mut().0, key)),
295             GoDown(handle) => {
296                 VacantEntry { key, handle, length: &mut self.length, _marker: PhantomData }
297                     .insert(());
298                 None
299             }
300         }
301     }
302 }
303
304 /// An iterator over the entries of a `BTreeMap`.
305 ///
306 /// This `struct` is created by the [`iter`] method on [`BTreeMap`]. See its
307 /// documentation for more.
308 ///
309 /// [`iter`]: struct.BTreeMap.html#method.iter
310 /// [`BTreeMap`]: struct.BTreeMap.html
311 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
312 pub struct Iter<'a, K: 'a, V: 'a> {
313     range: Range<'a, K, V>,
314     length: usize,
315 }
316
317 #[stable(feature = "collection_debug", since = "1.17.0")]
318 impl<K: fmt::Debug, V: fmt::Debug> fmt::Debug for Iter<'_, K, V> {
319     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
320         f.debug_list().entries(self.clone()).finish()
321     }
322 }
323
324 /// A mutable iterator over the entries of a `BTreeMap`.
325 ///
326 /// This `struct` is created by the [`iter_mut`] method on [`BTreeMap`]. See its
327 /// documentation for more.
328 ///
329 /// [`iter_mut`]: struct.BTreeMap.html#method.iter_mut
330 /// [`BTreeMap`]: struct.BTreeMap.html
331 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
332 #[derive(Debug)]
333 pub struct IterMut<'a, K: 'a, V: 'a> {
334     range: RangeMut<'a, K, V>,
335     length: usize,
336 }
337
338 /// An owning iterator over the entries of a `BTreeMap`.
339 ///
340 /// This `struct` is created by the [`into_iter`] method on [`BTreeMap`]
341 /// (provided by the `IntoIterator` trait). See its documentation for more.
342 ///
343 /// [`into_iter`]: struct.BTreeMap.html#method.into_iter
344 /// [`BTreeMap`]: struct.BTreeMap.html
345 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
346 pub struct IntoIter<K, V> {
347     front: Handle<NodeRef<marker::Owned, K, V, marker::Leaf>, marker::Edge>,
348     back: Handle<NodeRef<marker::Owned, K, V, marker::Leaf>, marker::Edge>,
349     length: usize,
350 }
351
352 #[stable(feature = "collection_debug", since = "1.17.0")]
353 impl<K: fmt::Debug, V: fmt::Debug> fmt::Debug for IntoIter<K, V> {
354     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
355         let range = Range { front: self.front.reborrow(), back: self.back.reborrow() };
356         f.debug_list().entries(range).finish()
357     }
358 }
359
360 /// An iterator over the keys of a `BTreeMap`.
361 ///
362 /// This `struct` is created by the [`keys`] method on [`BTreeMap`]. See its
363 /// documentation for more.
364 ///
365 /// [`keys`]: struct.BTreeMap.html#method.keys
366 /// [`BTreeMap`]: struct.BTreeMap.html
367 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
368 pub struct Keys<'a, K: 'a, V: 'a> {
369     inner: Iter<'a, K, V>,
370 }
371
372 #[stable(feature = "collection_debug", since = "1.17.0")]
373 impl<K: fmt::Debug, V> fmt::Debug for Keys<'_, K, V> {
374     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
375         f.debug_list().entries(self.clone()).finish()
376     }
377 }
378
379 /// An iterator over the values of a `BTreeMap`.
380 ///
381 /// This `struct` is created by the [`values`] method on [`BTreeMap`]. See its
382 /// documentation for more.
383 ///
384 /// [`values`]: struct.BTreeMap.html#method.values
385 /// [`BTreeMap`]: struct.BTreeMap.html
386 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
387 pub struct Values<'a, K: 'a, V: 'a> {
388     inner: Iter<'a, K, V>,
389 }
390
391 #[stable(feature = "collection_debug", since = "1.17.0")]
392 impl<K, V: fmt::Debug> fmt::Debug for Values<'_, K, V> {
393     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
394         f.debug_list().entries(self.clone()).finish()
395     }
396 }
397
398 /// A mutable iterator over the values of a `BTreeMap`.
399 ///
400 /// This `struct` is created by the [`values_mut`] method on [`BTreeMap`]. See its
401 /// documentation for more.
402 ///
403 /// [`values_mut`]: struct.BTreeMap.html#method.values_mut
404 /// [`BTreeMap`]: struct.BTreeMap.html
405 #[stable(feature = "map_values_mut", since = "1.10.0")]
406 #[derive(Debug)]
407 pub struct ValuesMut<'a, K: 'a, V: 'a> {
408     inner: IterMut<'a, K, V>,
409 }
410
411 /// An iterator over a sub-range of entries in a `BTreeMap`.
412 ///
413 /// This `struct` is created by the [`range`] method on [`BTreeMap`]. See its
414 /// documentation for more.
415 ///
416 /// [`range`]: struct.BTreeMap.html#method.range
417 /// [`BTreeMap`]: struct.BTreeMap.html
418 #[stable(feature = "btree_range", since = "1.17.0")]
419 pub struct Range<'a, K: 'a, V: 'a> {
420     front: Handle<NodeRef<marker::Immut<'a>, K, V, marker::Leaf>, marker::Edge>,
421     back: Handle<NodeRef<marker::Immut<'a>, K, V, marker::Leaf>, marker::Edge>,
422 }
423
424 #[stable(feature = "collection_debug", since = "1.17.0")]
425 impl<K: fmt::Debug, V: fmt::Debug> fmt::Debug for Range<'_, K, V> {
426     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
427         f.debug_list().entries(self.clone()).finish()
428     }
429 }
430
431 /// A mutable iterator over a sub-range of entries in a `BTreeMap`.
432 ///
433 /// This `struct` is created by the [`range_mut`] method on [`BTreeMap`]. See its
434 /// documentation for more.
435 ///
436 /// [`range_mut`]: struct.BTreeMap.html#method.range_mut
437 /// [`BTreeMap`]: struct.BTreeMap.html
438 #[stable(feature = "btree_range", since = "1.17.0")]
439 pub struct RangeMut<'a, K: 'a, V: 'a> {
440     front: Handle<NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::Leaf>, marker::Edge>,
441     back: Handle<NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::Leaf>, marker::Edge>,
442
443     // Be invariant in `K` and `V`
444     _marker: PhantomData<&'a mut (K, V)>,
445 }
446
447 #[stable(feature = "collection_debug", since = "1.17.0")]
448 impl<K: fmt::Debug, V: fmt::Debug> fmt::Debug for RangeMut<'_, K, V> {
449     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
450         let range = Range { front: self.front.reborrow(), back: self.back.reborrow() };
451         f.debug_list().entries(range).finish()
452     }
453 }
454
455 /// A view into a single entry in a map, which may either be vacant or occupied.
456 ///
457 /// This `enum` is constructed from the [`entry`] method on [`BTreeMap`].
458 ///
459 /// [`BTreeMap`]: struct.BTreeMap.html
460 /// [`entry`]: struct.BTreeMap.html#method.entry
461 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
462 pub enum Entry<'a, K: 'a, V: 'a> {
463     /// A vacant entry.
464     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
465     Vacant(#[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")] VacantEntry<'a, K, V>),
466
467     /// An occupied entry.
468     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
469     Occupied(#[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")] OccupiedEntry<'a, K, V>),
470 }
471
472 #[stable(feature = "debug_btree_map", since = "1.12.0")]
473 impl<K: Debug + Ord, V: Debug> Debug for Entry<'_, K, V> {
474     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
475         match *self {
476             Vacant(ref v) => f.debug_tuple("Entry").field(v).finish(),
477             Occupied(ref o) => f.debug_tuple("Entry").field(o).finish(),
478         }
479     }
480 }
481
482 /// A view into a vacant entry in a `BTreeMap`.
483 /// It is part of the [`Entry`] enum.
484 ///
485 /// [`Entry`]: enum.Entry.html
486 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
487 pub struct VacantEntry<'a, K: 'a, V: 'a> {
488     key: K,
489     handle: Handle<NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::Leaf>, marker::Edge>,
490     length: &'a mut usize,
491
492     // Be invariant in `K` and `V`
493     _marker: PhantomData<&'a mut (K, V)>,
494 }
495
496 #[stable(feature = "debug_btree_map", since = "1.12.0")]
497 impl<K: Debug + Ord, V> Debug for VacantEntry<'_, K, V> {
498     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
499         f.debug_tuple("VacantEntry").field(self.key()).finish()
500     }
501 }
502
503 /// A view into an occupied entry in a `BTreeMap`.
504 /// It is part of the [`Entry`] enum.
505 ///
506 /// [`Entry`]: enum.Entry.html
507 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
508 pub struct OccupiedEntry<'a, K: 'a, V: 'a> {
509     handle: Handle<NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::LeafOrInternal>, marker::KV>,
510
511     length: &'a mut usize,
512
513     // Be invariant in `K` and `V`
514     _marker: PhantomData<&'a mut (K, V)>,
515 }
516
517 #[stable(feature = "debug_btree_map", since = "1.12.0")]
518 impl<K: Debug + Ord, V: Debug> Debug for OccupiedEntry<'_, K, V> {
519     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
520         f.debug_struct("OccupiedEntry").field("key", self.key()).field("value", self.get()).finish()
521     }
522 }
523
524 // An iterator for merging two sorted sequences into one
525 struct MergeIter<K, V, I: Iterator<Item = (K, V)>> {
526     left: Peekable<I>,
527     right: Peekable<I>,
528 }
529
530 impl<K: Ord, V> BTreeMap<K, V> {
531     /// Makes a new empty BTreeMap with a reasonable choice for B.
532     ///
533     /// # Examples
534     ///
535     /// Basic usage:
536     ///
537     /// ```
538     /// use std::collections::BTreeMap;
539     ///
540     /// let mut map = BTreeMap::new();
541     ///
542     /// // entries can now be inserted into the empty map
543     /// map.insert(1, "a");
544     /// ```
545     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
546     pub fn new() -> BTreeMap<K, V> {
547         BTreeMap { root: node::Root::shared_empty_root(), length: 0 }
548     }
549
550     /// Clears the map, removing all elements.
551     ///
552     /// # Examples
553     ///
554     /// Basic usage:
555     ///
556     /// ```
557     /// use std::collections::BTreeMap;
558     ///
559     /// let mut a = BTreeMap::new();
560     /// a.insert(1, "a");
561     /// a.clear();
562     /// assert!(a.is_empty());
563     /// ```
564     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
565     pub fn clear(&mut self) {
566         *self = BTreeMap::new();
567     }
568
569     /// Returns a reference to the value corresponding to the key.
570     ///
571     /// The key may be any borrowed form of the map's key type, but the ordering
572     /// on the borrowed form *must* match the ordering on the key type.
573     ///
574     /// # Examples
575     ///
576     /// Basic usage:
577     ///
578     /// ```
579     /// use std::collections::BTreeMap;
580     ///
581     /// let mut map = BTreeMap::new();
582     /// map.insert(1, "a");
583     /// assert_eq!(map.get(&1), Some(&"a"));
584     /// assert_eq!(map.get(&2), None);
585     /// ```
586     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
587     pub fn get<Q: ?Sized>(&self, key: &Q) -> Option<&V>
588     where
589         K: Borrow<Q>,
590         Q: Ord,
591     {
592         match search::search_tree(self.root.as_ref(), key) {
593             Found(handle) => Some(handle.into_kv().1),
594             GoDown(_) => None,
595         }
596     }
597
598     /// Returns the key-value pair corresponding to the supplied key.
599     ///
600     /// The supplied key may be any borrowed form of the map's key type, but the ordering
601     /// on the borrowed form *must* match the ordering on the key type.
602     ///
603     /// # Examples
604     ///
605     /// ```
606     /// use std::collections::BTreeMap;
607     ///
608     /// let mut map = BTreeMap::new();
609     /// map.insert(1, "a");
610     /// assert_eq!(map.get_key_value(&1), Some((&1, &"a")));
611     /// assert_eq!(map.get_key_value(&2), None);
612     /// ```
613     #[stable(feature = "map_get_key_value", since = "1.40.0")]
614     pub fn get_key_value<Q: ?Sized>(&self, k: &Q) -> Option<(&K, &V)>
615     where
616         K: Borrow<Q>,
617         Q: Ord,
618     {
619         match search::search_tree(self.root.as_ref(), k) {
620             Found(handle) => Some(handle.into_kv()),
621             GoDown(_) => None,
622         }
623     }
624
625     /// Returns the first key-value pair in the map.
626     /// The key in this pair is the minimum key in the map.
627     ///
628     /// # Examples
629     ///
630     /// Basic usage:
631     ///
632     /// ```
633     /// #![feature(map_first_last)]
634     /// use std::collections::BTreeMap;
635     ///
636     /// let mut map = BTreeMap::new();
637     /// assert_eq!(map.first_key_value(), None);
638     /// map.insert(1, "b");
639     /// map.insert(2, "a");
640     /// assert_eq!(map.first_key_value(), Some((&1, &"b")));
641     /// ```
642     #[unstable(feature = "map_first_last", issue = "62924")]
643     pub fn first_key_value<T: ?Sized>(&self) -> Option<(&K, &V)>
644     where
645         T: Ord,
646         K: Borrow<T>,
647     {
648         let front = self.root.as_ref().first_leaf_edge();
649         front.right_kv().ok().map(Handle::into_kv)
650     }
651
652     /// Returns the first entry in the map for in-place manipulation.
653     /// The key of this entry is the minimum key in the map.
654     ///
655     /// # Examples
656     ///
657     /// Contrived way to `clear` a map:
658     ///
659     /// ```
660     /// #![feature(map_first_last)]
661     /// use std::collections::BTreeMap;
662     ///
663     /// let mut map = BTreeMap::new();
664     /// map.insert(1, "a");
665     /// map.insert(2, "b");
666     /// while let Some(entry) = map.first_entry() {
667     ///     let (key, val) = entry.remove_entry();
668     ///     assert!(!map.contains_key(&key));
669     /// }
670     /// ```
671     #[unstable(feature = "map_first_last", issue = "62924")]
672     pub fn first_entry<T: ?Sized>(&mut self) -> Option<OccupiedEntry<'_, K, V>>
673     where
674         T: Ord,
675         K: Borrow<T>,
676     {
677         let front = self.root.as_mut().first_leaf_edge();
678         if let Ok(kv) = front.right_kv() {
679             Some(OccupiedEntry {
680                 handle: kv.forget_node_type(),
681                 length: &mut self.length,
682                 _marker: PhantomData,
683             })
684         } else {
685             None
686         }
687     }
688
689     /// Returns the last key-value pair in the map.
690     /// The key in this pair is the maximum key in the map.
691     ///
692     /// # Examples
693     ///
694     /// Basic usage:
695     ///
696     /// ```
697     /// #![feature(map_first_last)]
698     /// use std::collections::BTreeMap;
699     ///
700     /// let mut map = BTreeMap::new();
701     /// map.insert(1, "b");
702     /// map.insert(2, "a");
703     /// assert_eq!(map.last_key_value(), Some((&2, &"a")));
704     /// ```
705     #[unstable(feature = "map_first_last", issue = "62924")]
706     pub fn last_key_value<T: ?Sized>(&self) -> Option<(&K, &V)>
707     where
708         T: Ord,
709         K: Borrow<T>,
710     {
711         let back = self.root.as_ref().last_leaf_edge();
712         back.left_kv().ok().map(Handle::into_kv)
713     }
714
715     /// Returns the last entry in the map for in-place manipulation.
716     /// The key of this entry is the maximum key in the map.
717     ///
718     /// # Examples
719     ///
720     /// Contrived way to `clear` a map:
721     ///
722     /// ```
723     /// #![feature(map_first_last)]
724     /// use std::collections::BTreeMap;
725     ///
726     /// let mut map = BTreeMap::new();
727     /// map.insert(1, "a");
728     /// map.insert(2, "b");
729     /// while let Some(entry) = map.last_entry() {
730     ///     let (key, val) = entry.remove_entry();
731     ///     assert!(!map.contains_key(&key));
732     /// }
733     /// ```
734     #[unstable(feature = "map_first_last", issue = "62924")]
735     pub fn last_entry<T: ?Sized>(&mut self) -> Option<OccupiedEntry<'_, K, V>>
736     where
737         T: Ord,
738         K: Borrow<T>,
739     {
740         let back = self.root.as_mut().last_leaf_edge();
741         if let Ok(kv) = back.left_kv() {
742             Some(OccupiedEntry {
743                 handle: kv.forget_node_type(),
744                 length: &mut self.length,
745                 _marker: PhantomData,
746             })
747         } else {
748             None
749         }
750     }
751
752     /// Returns `true` if the map contains a value for the specified key.
753     ///
754     /// The key may be any borrowed form of the map's key type, but the ordering
755     /// on the borrowed form *must* match the ordering on the key type.
756     ///
757     /// # Examples
758     ///
759     /// Basic usage:
760     ///
761     /// ```
762     /// use std::collections::BTreeMap;
763     ///
764     /// let mut map = BTreeMap::new();
765     /// map.insert(1, "a");
766     /// assert_eq!(map.contains_key(&1), true);
767     /// assert_eq!(map.contains_key(&2), false);
768     /// ```
769     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
770     pub fn contains_key<Q: ?Sized>(&self, key: &Q) -> bool
771     where
772         K: Borrow<Q>,
773         Q: Ord,
774     {
775         self.get(key).is_some()
776     }
777
778     /// Returns a mutable reference to the value corresponding to the key.
779     ///
780     /// The key may be any borrowed form of the map's key type, but the ordering
781     /// on the borrowed form *must* match the ordering on the key type.
782     ///
783     /// # Examples
784     ///
785     /// Basic usage:
786     ///
787     /// ```
788     /// use std::collections::BTreeMap;
789     ///
790     /// let mut map = BTreeMap::new();
791     /// map.insert(1, "a");
792     /// if let Some(x) = map.get_mut(&1) {
793     ///     *x = "b";
794     /// }
795     /// assert_eq!(map[&1], "b");
796     /// ```
797     // See `get` for implementation notes, this is basically a copy-paste with mut's added
798     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
799     pub fn get_mut<Q: ?Sized>(&mut self, key: &Q) -> Option<&mut V>
800     where
801         K: Borrow<Q>,
802         Q: Ord,
803     {
804         match search::search_tree(self.root.as_mut(), key) {
805             Found(handle) => Some(handle.into_kv_mut().1),
806             GoDown(_) => None,
807         }
808     }
809
810     /// Inserts a key-value pair into the map.
811     ///
812     /// If the map did not have this key present, `None` is returned.
813     ///
814     /// If the map did have this key present, the value is updated, and the old
815     /// value is returned. The key is not updated, though; this matters for
816     /// types that can be `==` without being identical. See the [module-level
817     /// documentation] for more.
818     ///
819     /// [module-level documentation]: index.html#insert-and-complex-keys
820     ///
821     /// # Examples
822     ///
823     /// Basic usage:
824     ///
825     /// ```
826     /// use std::collections::BTreeMap;
827     ///
828     /// let mut map = BTreeMap::new();
829     /// assert_eq!(map.insert(37, "a"), None);
830     /// assert_eq!(map.is_empty(), false);
831     ///
832     /// map.insert(37, "b");
833     /// assert_eq!(map.insert(37, "c"), Some("b"));
834     /// assert_eq!(map[&37], "c");
835     /// ```
836     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
837     pub fn insert(&mut self, key: K, value: V) -> Option<V> {
838         match self.entry(key) {
839             Occupied(mut entry) => Some(entry.insert(value)),
840             Vacant(entry) => {
841                 entry.insert(value);
842                 None
843             }
844         }
845     }
846
847     /// Removes a key from the map, returning the value at the key if the key
848     /// was previously in the map.
849     ///
850     /// The key may be any borrowed form of the map's key type, but the ordering
851     /// on the borrowed form *must* match the ordering on the key type.
852     ///
853     /// # Examples
854     ///
855     /// Basic usage:
856     ///
857     /// ```
858     /// use std::collections::BTreeMap;
859     ///
860     /// let mut map = BTreeMap::new();
861     /// map.insert(1, "a");
862     /// assert_eq!(map.remove(&1), Some("a"));
863     /// assert_eq!(map.remove(&1), None);
864     /// ```
865     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
866     pub fn remove<Q: ?Sized>(&mut self, key: &Q) -> Option<V>
867     where
868         K: Borrow<Q>,
869         Q: Ord,
870     {
871         self.remove_entry(key).map(|(_, v)| v)
872     }
873
874     /// Removes a key from the map, returning the stored key and value if the key
875     /// was previously in the map.
876     ///
877     /// The key may be any borrowed form of the map's key type, but the ordering
878     /// on the borrowed form *must* match the ordering on the key type.
879     ///
880     /// # Examples
881     ///
882     /// Basic usage:
883     ///
884     /// ```
885     /// #![feature(btreemap_remove_entry)]
886     /// use std::collections::BTreeMap;
887     ///
888     /// let mut map = BTreeMap::new();
889     /// map.insert(1, "a");
890     /// assert_eq!(map.remove_entry(&1), Some((1, "a")));
891     /// assert_eq!(map.remove_entry(&1), None);
892     /// ```
893     #[unstable(feature = "btreemap_remove_entry", issue = "66714")]
894     pub fn remove_entry<Q: ?Sized>(&mut self, key: &Q) -> Option<(K, V)>
895     where
896         K: Borrow<Q>,
897         Q: Ord,
898     {
899         match search::search_tree(self.root.as_mut(), key) {
900             Found(handle) => Some(
901                 OccupiedEntry { handle, length: &mut self.length, _marker: PhantomData }
902                     .remove_entry(),
903             ),
904             GoDown(_) => None,
905         }
906     }
907
908     /// Moves all elements from `other` into `Self`, leaving `other` empty.
909     ///
910     /// # Examples
911     ///
912     /// ```
913     /// use std::collections::BTreeMap;
914     ///
915     /// let mut a = BTreeMap::new();
916     /// a.insert(1, "a");
917     /// a.insert(2, "b");
918     /// a.insert(3, "c");
919     ///
920     /// let mut b = BTreeMap::new();
921     /// b.insert(3, "d");
922     /// b.insert(4, "e");
923     /// b.insert(5, "f");
924     ///
925     /// a.append(&mut b);
926     ///
927     /// assert_eq!(a.len(), 5);
928     /// assert_eq!(b.len(), 0);
929     ///
930     /// assert_eq!(a[&1], "a");
931     /// assert_eq!(a[&2], "b");
932     /// assert_eq!(a[&3], "d");
933     /// assert_eq!(a[&4], "e");
934     /// assert_eq!(a[&5], "f");
935     /// ```
936     #[stable(feature = "btree_append", since = "1.11.0")]
937     pub fn append(&mut self, other: &mut Self) {
938         // Do we have to append anything at all?
939         if other.is_empty() {
940             return;
941         }
942
943         // We can just swap `self` and `other` if `self` is empty.
944         if self.is_empty() {
945             mem::swap(self, other);
946             return;
947         }
948
949         // First, we merge `self` and `other` into a sorted sequence in linear time.
950         let self_iter = mem::take(self).into_iter();
951         let other_iter = mem::take(other).into_iter();
952         let iter = MergeIter { left: self_iter.peekable(), right: other_iter.peekable() };
953
954         // Second, we build a tree from the sorted sequence in linear time.
955         self.from_sorted_iter(iter);
956         self.fix_right_edge();
957     }
958
959     /// Constructs a double-ended iterator over a sub-range of elements in the map.
960     /// The simplest way is to use the range syntax `min..max`, thus `range(min..max)` will
961     /// yield elements from min (inclusive) to max (exclusive).
962     /// The range may also be entered as `(Bound<T>, Bound<T>)`, so for example
963     /// `range((Excluded(4), Included(10)))` will yield a left-exclusive, right-inclusive
964     /// range from 4 to 10.
965     ///
966     /// # Panics
967     ///
968     /// Panics if range `start > end`.
969     /// Panics if range `start == end` and both bounds are `Excluded`.
970     ///
971     /// # Examples
972     ///
973     /// Basic usage:
974     ///
975     /// ```
976     /// use std::collections::BTreeMap;
977     /// use std::ops::Bound::Included;
978     ///
979     /// let mut map = BTreeMap::new();
980     /// map.insert(3, "a");
981     /// map.insert(5, "b");
982     /// map.insert(8, "c");
983     /// for (&key, &value) in map.range((Included(&4), Included(&8))) {
984     ///     println!("{}: {}", key, value);
985     /// }
986     /// assert_eq!(Some((&5, &"b")), map.range(4..).next());
987     /// ```
988     #[stable(feature = "btree_range", since = "1.17.0")]
989     pub fn range<T: ?Sized, R>(&self, range: R) -> Range<'_, K, V>
990     where
991         T: Ord,
992         K: Borrow<T>,
993         R: RangeBounds<T>,
994     {
995         let root1 = self.root.as_ref();
996         let root2 = self.root.as_ref();
997         let (f, b) = range_search(root1, root2, range);
998
999         Range { front: f, back: b }
1000     }
1001
1002     /// Constructs a mutable double-ended iterator over a sub-range of elements in the map.
1003     /// The simplest way is to use the range syntax `min..max`, thus `range(min..max)` will
1004     /// yield elements from min (inclusive) to max (exclusive).
1005     /// The range may also be entered as `(Bound<T>, Bound<T>)`, so for example
1006     /// `range((Excluded(4), Included(10)))` will yield a left-exclusive, right-inclusive
1007     /// range from 4 to 10.
1008     ///
1009     /// # Panics
1010     ///
1011     /// Panics if range `start > end`.
1012     /// Panics if range `start == end` and both bounds are `Excluded`.
1013     ///
1014     /// # Examples
1015     ///
1016     /// Basic usage:
1017     ///
1018     /// ```
1019     /// use std::collections::BTreeMap;
1020     ///
1021     /// let mut map: BTreeMap<&str, i32> = ["Alice", "Bob", "Carol", "Cheryl"]
1022     ///     .iter()
1023     ///     .map(|&s| (s, 0))
1024     ///     .collect();
1025     /// for (_, balance) in map.range_mut("B".."Cheryl") {
1026     ///     *balance += 100;
1027     /// }
1028     /// for (name, balance) in &map {
1029     ///     println!("{} => {}", name, balance);
1030     /// }
1031     /// ```
1032     #[stable(feature = "btree_range", since = "1.17.0")]
1033     pub fn range_mut<T: ?Sized, R>(&mut self, range: R) -> RangeMut<'_, K, V>
1034     where
1035         T: Ord,
1036         K: Borrow<T>,
1037         R: RangeBounds<T>,
1038     {
1039         let root1 = self.root.as_mut();
1040         let root2 = unsafe { ptr::read(&root1) };
1041         let (f, b) = range_search(root1, root2, range);
1042
1043         RangeMut { front: f, back: b, _marker: PhantomData }
1044     }
1045
1046     /// Gets the given key's corresponding entry in the map for in-place manipulation.
1047     ///
1048     /// # Examples
1049     ///
1050     /// Basic usage:
1051     ///
1052     /// ```
1053     /// use std::collections::BTreeMap;
1054     ///
1055     /// let mut count: BTreeMap<&str, usize> = BTreeMap::new();
1056     ///
1057     /// // count the number of occurrences of letters in the vec
1058     /// for x in vec!["a","b","a","c","a","b"] {
1059     ///     *count.entry(x).or_insert(0) += 1;
1060     /// }
1061     ///
1062     /// assert_eq!(count["a"], 3);
1063     /// ```
1064     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1065     pub fn entry(&mut self, key: K) -> Entry<'_, K, V> {
1066         // FIXME(@porglezomp) Avoid allocating if we don't insert
1067         self.ensure_root_is_owned();
1068         match search::search_tree(self.root.as_mut(), &key) {
1069             Found(handle) => {
1070                 Occupied(OccupiedEntry { handle, length: &mut self.length, _marker: PhantomData })
1071             }
1072             GoDown(handle) => {
1073                 Vacant(VacantEntry { key, handle, length: &mut self.length, _marker: PhantomData })
1074             }
1075         }
1076     }
1077
1078     fn from_sorted_iter<I: Iterator<Item = (K, V)>>(&mut self, iter: I) {
1079         self.ensure_root_is_owned();
1080         let mut cur_node = self.root.as_mut().last_leaf_edge().into_node();
1081         // Iterate through all key-value pairs, pushing them into nodes at the right level.
1082         for (key, value) in iter {
1083             // Try to push key-value pair into the current leaf node.
1084             if cur_node.len() < node::CAPACITY {
1085                 cur_node.push(key, value);
1086             } else {
1087                 // No space left, go up and push there.
1088                 let mut open_node;
1089                 let mut test_node = cur_node.forget_type();
1090                 loop {
1091                     match test_node.ascend() {
1092                         Ok(parent) => {
1093                             let parent = parent.into_node();
1094                             if parent.len() < node::CAPACITY {
1095                                 // Found a node with space left, push here.
1096                                 open_node = parent;
1097                                 break;
1098                             } else {
1099                                 // Go up again.
1100                                 test_node = parent.forget_type();
1101                             }
1102                         }
1103                         Err(node) => {
1104                             // We are at the top, create a new root node and push there.
1105                             open_node = node.into_root_mut().push_level();
1106                             break;
1107                         }
1108                     }
1109                 }
1110
1111                 // Push key-value pair and new right subtree.
1112                 let tree_height = open_node.height() - 1;
1113                 let mut right_tree = node::Root::new_leaf();
1114                 for _ in 0..tree_height {
1115                     right_tree.push_level();
1116                 }
1117                 open_node.push(key, value, right_tree);
1118
1119                 // Go down to the right-most leaf again.
1120                 cur_node = open_node.forget_type().last_leaf_edge().into_node();
1121             }
1122
1123             self.length += 1;
1124         }
1125     }
1126
1127     fn fix_right_edge(&mut self) {
1128         // Handle underfull nodes, start from the top.
1129         let mut cur_node = self.root.as_mut();
1130         while let Internal(internal) = cur_node.force() {
1131             // Check if right-most child is underfull.
1132             let mut last_edge = internal.last_edge();
1133             let right_child_len = last_edge.reborrow().descend().len();
1134             if right_child_len < node::MIN_LEN {
1135                 // We need to steal.
1136                 let mut last_kv = match last_edge.left_kv() {
1137                     Ok(left) => left,
1138                     Err(_) => unreachable!(),
1139                 };
1140                 last_kv.bulk_steal_left(node::MIN_LEN - right_child_len);
1141                 last_edge = last_kv.right_edge();
1142             }
1143
1144             // Go further down.
1145             cur_node = last_edge.descend();
1146         }
1147     }
1148
1149     /// Splits the collection into two at the given key. Returns everything after the given key,
1150     /// including the key.
1151     ///
1152     /// # Examples
1153     ///
1154     /// Basic usage:
1155     ///
1156     /// ```
1157     /// use std::collections::BTreeMap;
1158     ///
1159     /// let mut a = BTreeMap::new();
1160     /// a.insert(1, "a");
1161     /// a.insert(2, "b");
1162     /// a.insert(3, "c");
1163     /// a.insert(17, "d");
1164     /// a.insert(41, "e");
1165     ///
1166     /// let b = a.split_off(&3);
1167     ///
1168     /// assert_eq!(a.len(), 2);
1169     /// assert_eq!(b.len(), 3);
1170     ///
1171     /// assert_eq!(a[&1], "a");
1172     /// assert_eq!(a[&2], "b");
1173     ///
1174     /// assert_eq!(b[&3], "c");
1175     /// assert_eq!(b[&17], "d");
1176     /// assert_eq!(b[&41], "e");
1177     /// ```
1178     #[stable(feature = "btree_split_off", since = "1.11.0")]
1179     pub fn split_off<Q: ?Sized + Ord>(&mut self, key: &Q) -> Self
1180     where
1181         K: Borrow<Q>,
1182     {
1183         if self.is_empty() {
1184             return Self::new();
1185         }
1186
1187         let total_num = self.len();
1188
1189         let mut right = Self::new();
1190         right.root = node::Root::new_leaf();
1191         for _ in 0..(self.root.as_ref().height()) {
1192             right.root.push_level();
1193         }
1194
1195         {
1196             let mut left_node = self.root.as_mut();
1197             let mut right_node = right.root.as_mut();
1198
1199             loop {
1200                 let mut split_edge = match search::search_node(left_node, key) {
1201                     // key is going to the right tree
1202                     Found(handle) => handle.left_edge(),
1203                     GoDown(handle) => handle,
1204                 };
1205
1206                 split_edge.move_suffix(&mut right_node);
1207
1208                 match (split_edge.force(), right_node.force()) {
1209                     (Internal(edge), Internal(node)) => {
1210                         left_node = edge.descend();
1211                         right_node = node.first_edge().descend();
1212                     }
1213                     (Leaf(_), Leaf(_)) => {
1214                         break;
1215                     }
1216                     _ => {
1217                         unreachable!();
1218                     }
1219                 }
1220             }
1221         }
1222
1223         self.fix_right_border();
1224         right.fix_left_border();
1225
1226         if self.root.as_ref().height() < right.root.as_ref().height() {
1227             self.recalc_length();
1228             right.length = total_num - self.len();
1229         } else {
1230             right.recalc_length();
1231             self.length = total_num - right.len();
1232         }
1233
1234         right
1235     }
1236
1237     /// Calculates the number of elements if it is incorrect.
1238     fn recalc_length(&mut self) {
1239         fn dfs<'a, K, V>(node: NodeRef<marker::Immut<'a>, K, V, marker::LeafOrInternal>) -> usize
1240         where
1241             K: 'a,
1242             V: 'a,
1243         {
1244             let mut res = node.len();
1245
1246             if let Internal(node) = node.force() {
1247                 let mut edge = node.first_edge();
1248                 loop {
1249                     res += dfs(edge.reborrow().descend());
1250                     match edge.right_kv() {
1251                         Ok(right_kv) => {
1252                             edge = right_kv.right_edge();
1253                         }
1254                         Err(_) => {
1255                             break;
1256                         }
1257                     }
1258                 }
1259             }
1260
1261             res
1262         }
1263
1264         self.length = dfs(self.root.as_ref());
1265     }
1266
1267     /// Removes empty levels on the top.
1268     fn fix_top(&mut self) {
1269         loop {
1270             {
1271                 let node = self.root.as_ref();
1272                 if node.height() == 0 || node.len() > 0 {
1273                     break;
1274                 }
1275             }
1276             self.root.pop_level();
1277         }
1278     }
1279
1280     fn fix_right_border(&mut self) {
1281         self.fix_top();
1282
1283         {
1284             let mut cur_node = self.root.as_mut();
1285
1286             while let Internal(node) = cur_node.force() {
1287                 let mut last_kv = node.last_kv();
1288
1289                 if last_kv.can_merge() {
1290                     cur_node = last_kv.merge().descend();
1291                 } else {
1292                     let right_len = last_kv.reborrow().right_edge().descend().len();
1293                     // `MINLEN + 1` to avoid readjust if merge happens on the next level.
1294                     if right_len < node::MIN_LEN + 1 {
1295                         last_kv.bulk_steal_left(node::MIN_LEN + 1 - right_len);
1296                     }
1297                     cur_node = last_kv.right_edge().descend();
1298                 }
1299             }
1300         }
1301
1302         self.fix_top();
1303     }
1304
1305     /// The symmetric clone of `fix_right_border`.
1306     fn fix_left_border(&mut self) {
1307         self.fix_top();
1308
1309         {
1310             let mut cur_node = self.root.as_mut();
1311
1312             while let Internal(node) = cur_node.force() {
1313                 let mut first_kv = node.first_kv();
1314
1315                 if first_kv.can_merge() {
1316                     cur_node = first_kv.merge().descend();
1317                 } else {
1318                     let left_len = first_kv.reborrow().left_edge().descend().len();
1319                     if left_len < node::MIN_LEN + 1 {
1320                         first_kv.bulk_steal_right(node::MIN_LEN + 1 - left_len);
1321                     }
1322                     cur_node = first_kv.left_edge().descend();
1323                 }
1324             }
1325         }
1326
1327         self.fix_top();
1328     }
1329
1330     /// If the root node is the shared root node, allocate our own node.
1331     fn ensure_root_is_owned(&mut self) {
1332         if self.root.is_shared_root() {
1333             self.root = node::Root::new_leaf();
1334         }
1335     }
1336 }
1337
1338 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1339 impl<'a, K: 'a, V: 'a> IntoIterator for &'a BTreeMap<K, V> {
1340     type Item = (&'a K, &'a V);
1341     type IntoIter = Iter<'a, K, V>;
1342
1343     fn into_iter(self) -> Iter<'a, K, V> {
1344         self.iter()
1345     }
1346 }
1347
1348 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1349 impl<'a, K: 'a, V: 'a> Iterator for Iter<'a, K, V> {
1350     type Item = (&'a K, &'a V);
1351
1352     fn next(&mut self) -> Option<(&'a K, &'a V)> {
1353         if self.length == 0 {
1354             None
1355         } else {
1356             self.length -= 1;
1357             unsafe { Some(self.range.next_unchecked()) }
1358         }
1359     }
1360
1361     fn size_hint(&self) -> (usize, Option<usize>) {
1362         (self.length, Some(self.length))
1363     }
1364
1365     fn last(mut self) -> Option<(&'a K, &'a V)> {
1366         self.next_back()
1367     }
1368 }
1369
1370 #[stable(feature = "fused", since = "1.26.0")]
1371 impl<K, V> FusedIterator for Iter<'_, K, V> {}
1372
1373 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1374 impl<'a, K: 'a, V: 'a> DoubleEndedIterator for Iter<'a, K, V> {
1375     fn next_back(&mut self) -> Option<(&'a K, &'a V)> {
1376         if self.length == 0 {
1377             None
1378         } else {
1379             self.length -= 1;
1380             unsafe { Some(self.range.next_back_unchecked()) }
1381         }
1382     }
1383 }
1384
1385 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1386 impl<K, V> ExactSizeIterator for Iter<'_, K, V> {
1387     fn len(&self) -> usize {
1388         self.length
1389     }
1390 }
1391
1392 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1393 impl<K, V> Clone for Iter<'_, K, V> {
1394     fn clone(&self) -> Self {
1395         Iter { range: self.range.clone(), length: self.length }
1396     }
1397 }
1398
1399 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1400 impl<'a, K: 'a, V: 'a> IntoIterator for &'a mut BTreeMap<K, V> {
1401     type Item = (&'a K, &'a mut V);
1402     type IntoIter = IterMut<'a, K, V>;
1403
1404     fn into_iter(self) -> IterMut<'a, K, V> {
1405         self.iter_mut()
1406     }
1407 }
1408
1409 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1410 impl<'a, K: 'a, V: 'a> Iterator for IterMut<'a, K, V> {
1411     type Item = (&'a K, &'a mut V);
1412
1413     fn next(&mut self) -> Option<(&'a K, &'a mut V)> {
1414         if self.length == 0 {
1415             None
1416         } else {
1417             self.length -= 1;
1418             let (k, v) = unsafe { self.range.next_unchecked() };
1419             Some((k, v)) // coerce k from `&mut K` to `&K`
1420         }
1421     }
1422
1423     fn size_hint(&self) -> (usize, Option<usize>) {
1424         (self.length, Some(self.length))
1425     }
1426
1427     fn last(mut self) -> Option<(&'a K, &'a mut V)> {
1428         self.next_back()
1429     }
1430 }
1431
1432 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1433 impl<'a, K: 'a, V: 'a> DoubleEndedIterator for IterMut<'a, K, V> {
1434     fn next_back(&mut self) -> Option<(&'a K, &'a mut V)> {
1435         if self.length == 0 {
1436             None
1437         } else {
1438             self.length -= 1;
1439             let (k, v) = unsafe { self.range.next_back_unchecked() };
1440             Some((k, v)) // coerce k from `&mut K` to `&K`
1441         }
1442     }
1443 }
1444
1445 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1446 impl<K, V> ExactSizeIterator for IterMut<'_, K, V> {
1447     fn len(&self) -> usize {
1448         self.length
1449     }
1450 }
1451
1452 #[stable(feature = "fused", since = "1.26.0")]
1453 impl<K, V> FusedIterator for IterMut<'_, K, V> {}
1454
1455 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1456 impl<K, V> IntoIterator for BTreeMap<K, V> {
1457     type Item = (K, V);
1458     type IntoIter = IntoIter<K, V>;
1459
1460     fn into_iter(self) -> IntoIter<K, V> {
1461         let root1 = unsafe { ptr::read(&self.root).into_ref() };
1462         let root2 = unsafe { ptr::read(&self.root).into_ref() };
1463         let len = self.length;
1464         mem::forget(self);
1465
1466         IntoIter { front: root1.first_leaf_edge(), back: root2.last_leaf_edge(), length: len }
1467     }
1468 }
1469
1470 #[stable(feature = "btree_drop", since = "1.7.0")]
1471 impl<K, V> Drop for IntoIter<K, V> {
1472     fn drop(&mut self) {
1473         self.for_each(drop);
1474         unsafe {
1475             let leaf_node = ptr::read(&self.front).into_node();
1476             if leaf_node.is_shared_root() {
1477                 return;
1478             }
1479
1480             if let Some(first_parent) = leaf_node.deallocate_and_ascend() {
1481                 let mut cur_internal_node = first_parent.into_node();
1482                 while let Some(parent) = cur_internal_node.deallocate_and_ascend() {
1483                     cur_internal_node = parent.into_node()
1484                 }
1485             }
1486         }
1487     }
1488 }
1489
1490 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1491 impl<K, V> Iterator for IntoIter<K, V> {
1492     type Item = (K, V);
1493
1494     fn next(&mut self) -> Option<(K, V)> {
1495         if self.length == 0 {
1496             None
1497         } else {
1498             self.length -= 1;
1499             Some(unsafe { self.front.next_unchecked() })
1500         }
1501     }
1502
1503     fn size_hint(&self) -> (usize, Option<usize>) {
1504         (self.length, Some(self.length))
1505     }
1506 }
1507
1508 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1509 impl<K, V> DoubleEndedIterator for IntoIter<K, V> {
1510     fn next_back(&mut self) -> Option<(K, V)> {
1511         if self.length == 0 {
1512             None
1513         } else {
1514             self.length -= 1;
1515             Some(unsafe { self.back.next_back_unchecked() })
1516         }
1517     }
1518 }
1519
1520 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1521 impl<K, V> ExactSizeIterator for IntoIter<K, V> {
1522     fn len(&self) -> usize {
1523         self.length
1524     }
1525 }
1526
1527 #[stable(feature = "fused", since = "1.26.0")]
1528 impl<K, V> FusedIterator for IntoIter<K, V> {}
1529
1530 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1531 impl<'a, K, V> Iterator for Keys<'a, K, V> {
1532     type Item = &'a K;
1533
1534     fn next(&mut self) -> Option<&'a K> {
1535         self.inner.next().map(|(k, _)| k)
1536     }
1537
1538     fn size_hint(&self) -> (usize, Option<usize>) {
1539         self.inner.size_hint()
1540     }
1541
1542     fn last(mut self) -> Option<&'a K> {
1543         self.next_back()
1544     }
1545 }
1546
1547 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1548 impl<'a, K, V> DoubleEndedIterator for Keys<'a, K, V> {
1549     fn next_back(&mut self) -> Option<&'a K> {
1550         self.inner.next_back().map(|(k, _)| k)
1551     }
1552 }
1553
1554 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1555 impl<K, V> ExactSizeIterator for Keys<'_, K, V> {
1556     fn len(&self) -> usize {
1557         self.inner.len()
1558     }
1559 }
1560
1561 #[stable(feature = "fused", since = "1.26.0")]
1562 impl<K, V> FusedIterator for Keys<'_, K, V> {}
1563
1564 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1565 impl<K, V> Clone for Keys<'_, K, V> {
1566     fn clone(&self) -> Self {
1567         Keys { inner: self.inner.clone() }
1568     }
1569 }
1570
1571 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1572 impl<'a, K, V> Iterator for Values<'a, K, V> {
1573     type Item = &'a V;
1574
1575     fn next(&mut self) -> Option<&'a V> {
1576         self.inner.next().map(|(_, v)| v)
1577     }
1578
1579     fn size_hint(&self) -> (usize, Option<usize>) {
1580         self.inner.size_hint()
1581     }
1582
1583     fn last(mut self) -> Option<&'a V> {
1584         self.next_back()
1585     }
1586 }
1587
1588 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1589 impl<'a, K, V> DoubleEndedIterator for Values<'a, K, V> {
1590     fn next_back(&mut self) -> Option<&'a V> {
1591         self.inner.next_back().map(|(_, v)| v)
1592     }
1593 }
1594
1595 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1596 impl<K, V> ExactSizeIterator for Values<'_, K, V> {
1597     fn len(&self) -> usize {
1598         self.inner.len()
1599     }
1600 }
1601
1602 #[stable(feature = "fused", since = "1.26.0")]
1603 impl<K, V> FusedIterator for Values<'_, K, V> {}
1604
1605 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1606 impl<K, V> Clone for Values<'_, K, V> {
1607     fn clone(&self) -> Self {
1608         Values { inner: self.inner.clone() }
1609     }
1610 }
1611
1612 #[stable(feature = "btree_range", since = "1.17.0")]
1613 impl<'a, K, V> Iterator for Range<'a, K, V> {
1614     type Item = (&'a K, &'a V);
1615
1616     fn next(&mut self) -> Option<(&'a K, &'a V)> {
1617         if self.is_empty() { None } else { unsafe { Some(self.next_unchecked()) } }
1618     }
1619
1620     fn last(mut self) -> Option<(&'a K, &'a V)> {
1621         self.next_back()
1622     }
1623 }
1624
1625 #[stable(feature = "map_values_mut", since = "1.10.0")]
1626 impl<'a, K, V> Iterator for ValuesMut<'a, K, V> {
1627     type Item = &'a mut V;
1628
1629     fn next(&mut self) -> Option<&'a mut V> {
1630         self.inner.next().map(|(_, v)| v)
1631     }
1632
1633     fn size_hint(&self) -> (usize, Option<usize>) {
1634         self.inner.size_hint()
1635     }
1636
1637     fn last(mut self) -> Option<&'a mut V> {
1638         self.next_back()
1639     }
1640 }
1641
1642 #[stable(feature = "map_values_mut", since = "1.10.0")]
1643 impl<'a, K, V> DoubleEndedIterator for ValuesMut<'a, K, V> {
1644     fn next_back(&mut self) -> Option<&'a mut V> {
1645         self.inner.next_back().map(|(_, v)| v)
1646     }
1647 }
1648
1649 #[stable(feature = "map_values_mut", since = "1.10.0")]
1650 impl<K, V> ExactSizeIterator for ValuesMut<'_, K, V> {
1651     fn len(&self) -> usize {
1652         self.inner.len()
1653     }
1654 }
1655
1656 #[stable(feature = "fused", since = "1.26.0")]
1657 impl<K, V> FusedIterator for ValuesMut<'_, K, V> {}
1658
1659 impl<'a, K, V> Range<'a, K, V> {
1660     fn is_empty(&self) -> bool {
1661         self.front == self.back
1662     }
1663
1664     unsafe fn next_unchecked(&mut self) -> (&'a K, &'a V) {
1665         self.front.next_unchecked()
1666     }
1667 }
1668
1669 #[stable(feature = "btree_range", since = "1.17.0")]
1670 impl<'a, K, V> DoubleEndedIterator for Range<'a, K, V> {
1671     fn next_back(&mut self) -> Option<(&'a K, &'a V)> {
1672         if self.is_empty() { None } else { Some(unsafe { self.next_back_unchecked() }) }
1673     }
1674 }
1675
1676 impl<'a, K, V> Range<'a, K, V> {
1677     unsafe fn next_back_unchecked(&mut self) -> (&'a K, &'a V) {
1678         self.back.next_back_unchecked()
1679     }
1680 }
1681
1682 #[stable(feature = "fused", since = "1.26.0")]
1683 impl<K, V> FusedIterator for Range<'_, K, V> {}
1684
1685 #[stable(feature = "btree_range", since = "1.17.0")]
1686 impl<K, V> Clone for Range<'_, K, V> {
1687     fn clone(&self) -> Self {
1688         Range { front: self.front, back: self.back }
1689     }
1690 }
1691
1692 #[stable(feature = "btree_range", since = "1.17.0")]
1693 impl<'a, K, V> Iterator for RangeMut<'a, K, V> {
1694     type Item = (&'a K, &'a mut V);
1695
1696     fn next(&mut self) -> Option<(&'a K, &'a mut V)> {
1697         if self.is_empty() {
1698             None
1699         } else {
1700             let (k, v) = unsafe { self.next_unchecked() };
1701             Some((k, v)) // coerce k from `&mut K` to `&K`
1702         }
1703     }
1704
1705     fn last(mut self) -> Option<(&'a K, &'a mut V)> {
1706         self.next_back()
1707     }
1708 }
1709
1710 impl<'a, K, V> RangeMut<'a, K, V> {
1711     fn is_empty(&self) -> bool {
1712         self.front == self.back
1713     }
1714
1715     unsafe fn next_unchecked(&mut self) -> (&'a mut K, &'a mut V) {
1716         self.front.next_unchecked()
1717     }
1718 }
1719
1720 #[stable(feature = "btree_range", since = "1.17.0")]
1721 impl<'a, K, V> DoubleEndedIterator for RangeMut<'a, K, V> {
1722     fn next_back(&mut self) -> Option<(&'a K, &'a mut V)> {
1723         if self.is_empty() {
1724             None
1725         } else {
1726             let (k, v) = unsafe { self.next_back_unchecked() };
1727             Some((k, v)) // coerce k from `&mut K` to `&K`
1728         }
1729     }
1730 }
1731
1732 #[stable(feature = "fused", since = "1.26.0")]
1733 impl<K, V> FusedIterator for RangeMut<'_, K, V> {}
1734
1735 impl<'a, K, V> RangeMut<'a, K, V> {
1736     unsafe fn next_back_unchecked(&mut self) -> (&'a mut K, &'a mut V) {
1737         self.back.next_back_unchecked()
1738     }
1739 }
1740
1741 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1742 impl<K: Ord, V> FromIterator<(K, V)> for BTreeMap<K, V> {
1743     fn from_iter<T: IntoIterator<Item = (K, V)>>(iter: T) -> BTreeMap<K, V> {
1744         let mut map = BTreeMap::new();
1745         map.extend(iter);
1746         map
1747     }
1748 }
1749
1750 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1751 impl<K: Ord, V> Extend<(K, V)> for BTreeMap<K, V> {
1752     #[inline]
1753     fn extend<T: IntoIterator<Item = (K, V)>>(&mut self, iter: T) {
1754         iter.into_iter().for_each(move |(k, v)| {
1755             self.insert(k, v);
1756         });
1757     }
1758 }
1759
1760 #[stable(feature = "extend_ref", since = "1.2.0")]
1761 impl<'a, K: Ord + Copy, V: Copy> Extend<(&'a K, &'a V)> for BTreeMap<K, V> {
1762     fn extend<I: IntoIterator<Item = (&'a K, &'a V)>>(&mut self, iter: I) {
1763         self.extend(iter.into_iter().map(|(&key, &value)| (key, value)));
1764     }
1765 }
1766
1767 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1768 impl<K: Hash, V: Hash> Hash for BTreeMap<K, V> {
1769     fn hash<H: Hasher>(&self, state: &mut H) {
1770         for elt in self {
1771             elt.hash(state);
1772         }
1773     }
1774 }
1775
1776 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1777 impl<K: Ord, V> Default for BTreeMap<K, V> {
1778     /// Creates an empty `BTreeMap<K, V>`.
1779     fn default() -> BTreeMap<K, V> {
1780         BTreeMap::new()
1781     }
1782 }
1783
1784 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1785 impl<K: PartialEq, V: PartialEq> PartialEq for BTreeMap<K, V> {
1786     fn eq(&self, other: &BTreeMap<K, V>) -> bool {
1787         self.len() == other.len() && self.iter().zip(other).all(|(a, b)| a == b)
1788     }
1789 }
1790
1791 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1792 impl<K: Eq, V: Eq> Eq for BTreeMap<K, V> {}
1793
1794 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1795 impl<K: PartialOrd, V: PartialOrd> PartialOrd for BTreeMap<K, V> {
1796     #[inline]
1797     fn partial_cmp(&self, other: &BTreeMap<K, V>) -> Option<Ordering> {
1798         self.iter().partial_cmp(other.iter())
1799     }
1800 }
1801
1802 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1803 impl<K: Ord, V: Ord> Ord for BTreeMap<K, V> {
1804     #[inline]
1805     fn cmp(&self, other: &BTreeMap<K, V>) -> Ordering {
1806         self.iter().cmp(other.iter())
1807     }
1808 }
1809
1810 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1811 impl<K: Debug, V: Debug> Debug for BTreeMap<K, V> {
1812     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
1813         f.debug_map().entries(self.iter()).finish()
1814     }
1815 }
1816
1817 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1818 impl<K: Ord, Q: ?Sized, V> Index<&Q> for BTreeMap<K, V>
1819 where
1820     K: Borrow<Q>,
1821     Q: Ord,
1822 {
1823     type Output = V;
1824
1825     /// Returns a reference to the value corresponding to the supplied key.
1826     ///
1827     /// # Panics
1828     ///
1829     /// Panics if the key is not present in the `BTreeMap`.
1830     #[inline]
1831     fn index(&self, key: &Q) -> &V {
1832         self.get(key).expect("no entry found for key")
1833     }
1834 }
1835
1836 fn range_search<BorrowType, K, V, Q: ?Sized, R: RangeBounds<Q>>(
1837     root1: NodeRef<BorrowType, K, V, marker::LeafOrInternal>,
1838     root2: NodeRef<BorrowType, K, V, marker::LeafOrInternal>,
1839     range: R,
1840 ) -> (
1841     Handle<NodeRef<BorrowType, K, V, marker::Leaf>, marker::Edge>,
1842     Handle<NodeRef<BorrowType, K, V, marker::Leaf>, marker::Edge>,
1843 )
1844 where
1845     Q: Ord,
1846     K: Borrow<Q>,
1847 {
1848     match (range.start_bound(), range.end_bound()) {
1849         (Excluded(s), Excluded(e)) if s == e => {
1850             panic!("range start and end are equal and excluded in BTreeMap")
1851         }
1852         (Included(s), Included(e))
1853         | (Included(s), Excluded(e))
1854         | (Excluded(s), Included(e))
1855         | (Excluded(s), Excluded(e))
1856             if s > e =>
1857         {
1858             panic!("range start is greater than range end in BTreeMap")
1859         }
1860         _ => {}
1861     };
1862
1863     let mut min_node = root1;
1864     let mut max_node = root2;
1865     let mut min_found = false;
1866     let mut max_found = false;
1867
1868     loop {
1869         let front = match (min_found, range.start_bound()) {
1870             (false, Included(key)) => match search::search_node(min_node, key) {
1871                 Found(kv) => {
1872                     min_found = true;
1873                     kv.left_edge()
1874                 }
1875                 GoDown(edge) => edge,
1876             },
1877             (false, Excluded(key)) => match search::search_node(min_node, key) {
1878                 Found(kv) => {
1879                     min_found = true;
1880                     kv.right_edge()
1881                 }
1882                 GoDown(edge) => edge,
1883             },
1884             (true, Included(_)) => min_node.last_edge(),
1885             (true, Excluded(_)) => min_node.first_edge(),
1886             (_, Unbounded) => min_node.first_edge(),
1887         };
1888
1889         let back = match (max_found, range.end_bound()) {
1890             (false, Included(key)) => match search::search_node(max_node, key) {
1891                 Found(kv) => {
1892                     max_found = true;
1893                     kv.right_edge()
1894                 }
1895                 GoDown(edge) => edge,
1896             },
1897             (false, Excluded(key)) => match search::search_node(max_node, key) {
1898                 Found(kv) => {
1899                     max_found = true;
1900                     kv.left_edge()
1901                 }
1902                 GoDown(edge) => edge,
1903             },
1904             (true, Included(_)) => max_node.first_edge(),
1905             (true, Excluded(_)) => max_node.last_edge(),
1906             (_, Unbounded) => max_node.last_edge(),
1907         };
1908
1909         if front.partial_cmp(&back) == Some(Ordering::Greater) {
1910             panic!("Ord is ill-defined in BTreeMap range");
1911         }
1912         match (front.force(), back.force()) {
1913             (Leaf(f), Leaf(b)) => {
1914                 return (f, b);
1915             }
1916             (Internal(min_int), Internal(max_int)) => {
1917                 min_node = min_int.descend();
1918                 max_node = max_int.descend();
1919             }
1920             _ => unreachable!("BTreeMap has different depths"),
1921         };
1922     }
1923 }
1924
1925 impl<K, V> BTreeMap<K, V> {
1926     /// Gets an iterator over the entries of the map, sorted by key.
1927     ///
1928     /// # Examples
1929     ///
1930     /// Basic usage:
1931     ///
1932     /// ```
1933     /// use std::collections::BTreeMap;
1934     ///
1935     /// let mut map = BTreeMap::new();
1936     /// map.insert(3, "c");
1937     /// map.insert(2, "b");
1938     /// map.insert(1, "a");
1939     ///
1940     /// for (key, value) in map.iter() {
1941     ///     println!("{}: {}", key, value);
1942     /// }
1943     ///
1944     /// let (first_key, first_value) = map.iter().next().unwrap();
1945     /// assert_eq!((*first_key, *first_value), (1, "a"));
1946     /// ```
1947     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1948     pub fn iter(&self) -> Iter<'_, K, V> {
1949         Iter {
1950             range: Range {
1951                 front: self.root.as_ref().first_leaf_edge(),
1952                 back: self.root.as_ref().last_leaf_edge(),
1953             },
1954             length: self.length,
1955         }
1956     }
1957
1958     /// Gets a mutable iterator over the entries of the map, sorted by key.
1959     ///
1960     /// # Examples
1961     ///
1962     /// Basic usage:
1963     ///
1964     /// ```
1965     /// use std::collections::BTreeMap;
1966     ///
1967     /// let mut map = BTreeMap::new();
1968     /// map.insert("a", 1);
1969     /// map.insert("b", 2);
1970     /// map.insert("c", 3);
1971     ///
1972     /// // add 10 to the value if the key isn't "a"
1973     /// for (key, value) in map.iter_mut() {
1974     ///     if key != &"a" {
1975     ///         *value += 10;
1976     ///     }
1977     /// }
1978     /// ```
1979     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1980     pub fn iter_mut(&mut self) -> IterMut<'_, K, V> {
1981         let root1 = self.root.as_mut();
1982         let root2 = unsafe { ptr::read(&root1) };
1983         IterMut {
1984             range: RangeMut {
1985                 front: root1.first_leaf_edge(),
1986                 back: root2.last_leaf_edge(),
1987                 _marker: PhantomData,
1988             },
1989             length: self.length,
1990         }
1991     }
1992
1993     /// Gets an iterator over the keys of the map, in sorted order.
1994     ///
1995     /// # Examples
1996     ///
1997     /// Basic usage:
1998     ///
1999     /// ```
2000     /// use std::collections::BTreeMap;
2001     ///
2002     /// let mut a = BTreeMap::new();
2003     /// a.insert(2, "b");
2004     /// a.insert(1, "a");
2005     ///
2006     /// let keys: Vec<_> = a.keys().cloned().collect();
2007     /// assert_eq!(keys, [1, 2]);
2008     /// ```
2009     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2010     pub fn keys(&self) -> Keys<'_, K, V> {
2011         Keys { inner: self.iter() }
2012     }
2013
2014     /// Gets an iterator over the values of the map, in order by key.
2015     ///
2016     /// # Examples
2017     ///
2018     /// Basic usage:
2019     ///
2020     /// ```
2021     /// use std::collections::BTreeMap;
2022     ///
2023     /// let mut a = BTreeMap::new();
2024     /// a.insert(1, "hello");
2025     /// a.insert(2, "goodbye");
2026     ///
2027     /// let values: Vec<&str> = a.values().cloned().collect();
2028     /// assert_eq!(values, ["hello", "goodbye"]);
2029     /// ```
2030     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2031     pub fn values(&self) -> Values<'_, K, V> {
2032         Values { inner: self.iter() }
2033     }
2034
2035     /// Gets a mutable iterator over the values of the map, in order by key.
2036     ///
2037     /// # Examples
2038     ///
2039     /// Basic usage:
2040     ///
2041     /// ```
2042     /// use std::collections::BTreeMap;
2043     ///
2044     /// let mut a = BTreeMap::new();
2045     /// a.insert(1, String::from("hello"));
2046     /// a.insert(2, String::from("goodbye"));
2047     ///
2048     /// for value in a.values_mut() {
2049     ///     value.push_str("!");
2050     /// }
2051     ///
2052     /// let values: Vec<String> = a.values().cloned().collect();
2053     /// assert_eq!(values, [String::from("hello!"),
2054     ///                     String::from("goodbye!")]);
2055     /// ```
2056     #[stable(feature = "map_values_mut", since = "1.10.0")]
2057     pub fn values_mut(&mut self) -> ValuesMut<'_, K, V> {
2058         ValuesMut { inner: self.iter_mut() }
2059     }
2060
2061     /// Returns the number of elements in the map.
2062     ///
2063     /// # Examples
2064     ///
2065     /// Basic usage:
2066     ///
2067     /// ```
2068     /// use std::collections::BTreeMap;
2069     ///
2070     /// let mut a = BTreeMap::new();
2071     /// assert_eq!(a.len(), 0);
2072     /// a.insert(1, "a");
2073     /// assert_eq!(a.len(), 1);
2074     /// ```
2075     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2076     pub fn len(&self) -> usize {
2077         self.length
2078     }
2079
2080     /// Returns `true` if the map contains no elements.
2081     ///
2082     /// # Examples
2083     ///
2084     /// Basic usage:
2085     ///
2086     /// ```
2087     /// use std::collections::BTreeMap;
2088     ///
2089     /// let mut a = BTreeMap::new();
2090     /// assert!(a.is_empty());
2091     /// a.insert(1, "a");
2092     /// assert!(!a.is_empty());
2093     /// ```
2094     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2095     pub fn is_empty(&self) -> bool {
2096         self.len() == 0
2097     }
2098 }
2099
2100 impl<'a, K: Ord, V> Entry<'a, K, V> {
2101     /// Ensures a value is in the entry by inserting the default if empty, and returns
2102     /// a mutable reference to the value in the entry.
2103     ///
2104     /// # Examples
2105     ///
2106     /// ```
2107     /// use std::collections::BTreeMap;
2108     ///
2109     /// let mut map: BTreeMap<&str, usize> = BTreeMap::new();
2110     /// map.entry("poneyland").or_insert(12);
2111     ///
2112     /// assert_eq!(map["poneyland"], 12);
2113     /// ```
2114     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2115     pub fn or_insert(self, default: V) -> &'a mut V {
2116         match self {
2117             Occupied(entry) => entry.into_mut(),
2118             Vacant(entry) => entry.insert(default),
2119         }
2120     }
2121
2122     /// Ensures a value is in the entry by inserting the result of the default function if empty,
2123     /// and returns a mutable reference to the value in the entry.
2124     ///
2125     /// # Examples
2126     ///
2127     /// ```
2128     /// use std::collections::BTreeMap;
2129     ///
2130     /// let mut map: BTreeMap<&str, String> = BTreeMap::new();
2131     /// let s = "hoho".to_string();
2132     ///
2133     /// map.entry("poneyland").or_insert_with(|| s);
2134     ///
2135     /// assert_eq!(map["poneyland"], "hoho".to_string());
2136     /// ```
2137     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2138     pub fn or_insert_with<F: FnOnce() -> V>(self, default: F) -> &'a mut V {
2139         match self {
2140             Occupied(entry) => entry.into_mut(),
2141             Vacant(entry) => entry.insert(default()),
2142         }
2143     }
2144
2145     /// Returns a reference to this entry's key.
2146     ///
2147     /// # Examples
2148     ///
2149     /// ```
2150     /// use std::collections::BTreeMap;
2151     ///
2152     /// let mut map: BTreeMap<&str, usize> = BTreeMap::new();
2153     /// assert_eq!(map.entry("poneyland").key(), &"poneyland");
2154     /// ```
2155     #[stable(feature = "map_entry_keys", since = "1.10.0")]
2156     pub fn key(&self) -> &K {
2157         match *self {
2158             Occupied(ref entry) => entry.key(),
2159             Vacant(ref entry) => entry.key(),
2160         }
2161     }
2162
2163     /// Provides in-place mutable access to an occupied entry before any
2164     /// potential inserts into the map.
2165     ///
2166     /// # Examples
2167     ///
2168     /// ```
2169     /// use std::collections::BTreeMap;
2170     ///
2171     /// let mut map: BTreeMap<&str, usize> = BTreeMap::new();
2172     ///
2173     /// map.entry("poneyland")
2174     ///    .and_modify(|e| { *e += 1 })
2175     ///    .or_insert(42);
2176     /// assert_eq!(map["poneyland"], 42);
2177     ///
2178     /// map.entry("poneyland")
2179     ///    .and_modify(|e| { *e += 1 })
2180     ///    .or_insert(42);
2181     /// assert_eq!(map["poneyland"], 43);
2182     /// ```
2183     #[stable(feature = "entry_and_modify", since = "1.26.0")]
2184     pub fn and_modify<F>(self, f: F) -> Self
2185     where
2186         F: FnOnce(&mut V),
2187     {
2188         match self {
2189             Occupied(mut entry) => {
2190                 f(entry.get_mut());
2191                 Occupied(entry)
2192             }
2193             Vacant(entry) => Vacant(entry),
2194         }
2195     }
2196 }
2197
2198 impl<'a, K: Ord, V: Default> Entry<'a, K, V> {
2199     #[stable(feature = "entry_or_default", since = "1.28.0")]
2200     /// Ensures a value is in the entry by inserting the default value if empty,
2201     /// and returns a mutable reference to the value in the entry.
2202     ///
2203     /// # Examples
2204     ///
2205     /// ```
2206     /// use std::collections::BTreeMap;
2207     ///
2208     /// let mut map: BTreeMap<&str, Option<usize>> = BTreeMap::new();
2209     /// map.entry("poneyland").or_default();
2210     ///
2211     /// assert_eq!(map["poneyland"], None);
2212     /// ```
2213     pub fn or_default(self) -> &'a mut V {
2214         match self {
2215             Occupied(entry) => entry.into_mut(),
2216             Vacant(entry) => entry.insert(Default::default()),
2217         }
2218     }
2219 }
2220
2221 impl<'a, K: Ord, V> VacantEntry<'a, K, V> {
2222     /// Gets a reference to the key that would be used when inserting a value
2223     /// through the VacantEntry.
2224     ///
2225     /// # Examples
2226     ///
2227     /// ```
2228     /// use std::collections::BTreeMap;
2229     ///
2230     /// let mut map: BTreeMap<&str, usize> = BTreeMap::new();
2231     /// assert_eq!(map.entry("poneyland").key(), &"poneyland");
2232     /// ```
2233     #[stable(feature = "map_entry_keys", since = "1.10.0")]
2234     pub fn key(&self) -> &K {
2235         &self.key
2236     }
2237
2238     /// Take ownership of the key.
2239     ///
2240     /// # Examples
2241     ///
2242     /// ```
2243     /// use std::collections::BTreeMap;
2244     /// use std::collections::btree_map::Entry;
2245     ///
2246     /// let mut map: BTreeMap<&str, usize> = BTreeMap::new();
2247     ///
2248     /// if let Entry::Vacant(v) = map.entry("poneyland") {
2249     ///     v.into_key();
2250     /// }
2251     /// ```
2252     #[stable(feature = "map_entry_recover_keys2", since = "1.12.0")]
2253     pub fn into_key(self) -> K {
2254         self.key
2255     }
2256
2257     /// Sets the value of the entry with the `VacantEntry`'s key,
2258     /// and returns a mutable reference to it.
2259     ///
2260     /// # Examples
2261     ///
2262     /// ```
2263     /// use std::collections::BTreeMap;
2264     ///
2265     /// let mut count: BTreeMap<&str, usize> = BTreeMap::new();
2266     ///
2267     /// // count the number of occurrences of letters in the vec
2268     /// for x in vec!["a","b","a","c","a","b"] {
2269     ///     *count.entry(x).or_insert(0) += 1;
2270     /// }
2271     ///
2272     /// assert_eq!(count["a"], 3);
2273     /// ```
2274     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2275     pub fn insert(self, value: V) -> &'a mut V {
2276         *self.length += 1;
2277
2278         let out_ptr;
2279
2280         let mut ins_k;
2281         let mut ins_v;
2282         let mut ins_edge;
2283
2284         let mut cur_parent = match self.handle.insert(self.key, value) {
2285             (Fit(handle), _) => return handle.into_kv_mut().1,
2286             (Split(left, k, v, right), ptr) => {
2287                 ins_k = k;
2288                 ins_v = v;
2289                 ins_edge = right;
2290                 out_ptr = ptr;
2291                 left.ascend().map_err(|n| n.into_root_mut())
2292             }
2293         };
2294
2295         loop {
2296             match cur_parent {
2297                 Ok(parent) => match parent.insert(ins_k, ins_v, ins_edge) {
2298                     Fit(_) => return unsafe { &mut *out_ptr },
2299                     Split(left, k, v, right) => {
2300                         ins_k = k;
2301                         ins_v = v;
2302                         ins_edge = right;
2303                         cur_parent = left.ascend().map_err(|n| n.into_root_mut());
2304                     }
2305                 },
2306                 Err(root) => {
2307                     root.push_level().push(ins_k, ins_v, ins_edge);
2308                     return unsafe { &mut *out_ptr };
2309                 }
2310             }
2311         }
2312     }
2313 }
2314
2315 impl<'a, K: Ord, V> OccupiedEntry<'a, K, V> {
2316     /// Gets a reference to the key in the entry.
2317     ///
2318     /// # Examples
2319     ///
2320     /// ```
2321     /// use std::collections::BTreeMap;
2322     ///
2323     /// let mut map: BTreeMap<&str, usize> = BTreeMap::new();
2324     /// map.entry("poneyland").or_insert(12);
2325     /// assert_eq!(map.entry("poneyland").key(), &"poneyland");
2326     /// ```
2327     #[stable(feature = "map_entry_keys", since = "1.10.0")]
2328     pub fn key(&self) -> &K {
2329         self.handle.reborrow().into_kv().0
2330     }
2331
2332     /// Take ownership of the key and value from the map.
2333     ///
2334     /// # Examples
2335     ///
2336     /// ```
2337     /// use std::collections::BTreeMap;
2338     /// use std::collections::btree_map::Entry;
2339     ///
2340     /// let mut map: BTreeMap<&str, usize> = BTreeMap::new();
2341     /// map.entry("poneyland").or_insert(12);
2342     ///
2343     /// if let Entry::Occupied(o) = map.entry("poneyland") {
2344     ///     // We delete the entry from the map.
2345     ///     o.remove_entry();
2346     /// }
2347     ///
2348     /// // If now try to get the value, it will panic:
2349     /// // println!("{}", map["poneyland"]);
2350     /// ```
2351     #[stable(feature = "map_entry_recover_keys2", since = "1.12.0")]
2352     pub fn remove_entry(self) -> (K, V) {
2353         self.remove_kv()
2354     }
2355
2356     /// Gets a reference to the value in the entry.
2357     ///
2358     /// # Examples
2359     ///
2360     /// ```
2361     /// use std::collections::BTreeMap;
2362     /// use std::collections::btree_map::Entry;
2363     ///
2364     /// let mut map: BTreeMap<&str, usize> = BTreeMap::new();
2365     /// map.entry("poneyland").or_insert(12);
2366     ///
2367     /// if let Entry::Occupied(o) = map.entry("poneyland") {
2368     ///     assert_eq!(o.get(), &12);
2369     /// }
2370     /// ```
2371     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2372     pub fn get(&self) -> &V {
2373         self.handle.reborrow().into_kv().1
2374     }
2375
2376     /// Gets a mutable reference to the value in the entry.
2377     ///
2378     /// If you need a reference to the `OccupiedEntry` that may outlive the
2379     /// destruction of the `Entry` value, see [`into_mut`].
2380     ///
2381     /// [`into_mut`]: #method.into_mut
2382     ///
2383     /// # Examples
2384     ///
2385     /// ```
2386     /// use std::collections::BTreeMap;
2387     /// use std::collections::btree_map::Entry;
2388     ///
2389     /// let mut map: BTreeMap<&str, usize> = BTreeMap::new();
2390     /// map.entry("poneyland").or_insert(12);
2391     ///
2392     /// assert_eq!(map["poneyland"], 12);
2393     /// if let Entry::Occupied(mut o) = map.entry("poneyland") {
2394     ///     *o.get_mut() += 10;
2395     ///     assert_eq!(*o.get(), 22);
2396     ///
2397     ///     // We can use the same Entry multiple times.
2398     ///     *o.get_mut() += 2;
2399     /// }
2400     /// assert_eq!(map["poneyland"], 24);
2401     /// ```
2402     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2403     pub fn get_mut(&mut self) -> &mut V {
2404         self.handle.kv_mut().1
2405     }
2406
2407     /// Converts the entry into a mutable reference to its value.
2408     ///
2409     /// If you need multiple references to the `OccupiedEntry`, see [`get_mut`].
2410     ///
2411     /// [`get_mut`]: #method.get_mut
2412     ///
2413     /// # Examples
2414     ///
2415     /// ```
2416     /// use std::collections::BTreeMap;
2417     /// use std::collections::btree_map::Entry;
2418     ///
2419     /// let mut map: BTreeMap<&str, usize> = BTreeMap::new();
2420     /// map.entry("poneyland").or_insert(12);
2421     ///
2422     /// assert_eq!(map["poneyland"], 12);
2423     /// if let Entry::Occupied(o) = map.entry("poneyland") {
2424     ///     *o.into_mut() += 10;
2425     /// }
2426     /// assert_eq!(map["poneyland"], 22);
2427     /// ```
2428     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2429     pub fn into_mut(self) -> &'a mut V {
2430         self.handle.into_kv_mut().1
2431     }
2432
2433     /// Sets the value of the entry with the `OccupiedEntry`'s key,
2434     /// and returns the entry's old value.
2435     ///
2436     /// # Examples
2437     ///
2438     /// ```
2439     /// use std::collections::BTreeMap;
2440     /// use std::collections::btree_map::Entry;
2441     ///
2442     /// let mut map: BTreeMap<&str, usize> = BTreeMap::new();
2443     /// map.entry("poneyland").or_insert(12);
2444     ///
2445     /// if let Entry::Occupied(mut o) = map.entry("poneyland") {
2446     ///     assert_eq!(o.insert(15), 12);
2447     /// }
2448     /// assert_eq!(map["poneyland"], 15);
2449     /// ```
2450     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2451     pub fn insert(&mut self, value: V) -> V {
2452         mem::replace(self.get_mut(), value)
2453     }
2454
2455     /// Takes the value of the entry out of the map, and returns it.
2456     ///
2457     /// # Examples
2458     ///
2459     /// ```
2460     /// use std::collections::BTreeMap;
2461     /// use std::collections::btree_map::Entry;
2462     ///
2463     /// let mut map: BTreeMap<&str, usize> = BTreeMap::new();
2464     /// map.entry("poneyland").or_insert(12);
2465     ///
2466     /// if let Entry::Occupied(o) = map.entry("poneyland") {
2467     ///     assert_eq!(o.remove(), 12);
2468     /// }
2469     /// // If we try to get "poneyland"'s value, it'll panic:
2470     /// // println!("{}", map["poneyland"]);
2471     /// ```
2472     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2473     pub fn remove(self) -> V {
2474         self.remove_kv().1
2475     }
2476
2477     fn remove_kv(self) -> (K, V) {
2478         *self.length -= 1;
2479
2480         let (small_leaf, old_key, old_val) = match self.handle.force() {
2481             Leaf(leaf) => {
2482                 let (hole, old_key, old_val) = leaf.remove();
2483                 (hole.into_node(), old_key, old_val)
2484             }
2485             Internal(mut internal) => {
2486                 let key_loc = internal.kv_mut().0 as *mut K;
2487                 let val_loc = internal.kv_mut().1 as *mut V;
2488
2489                 let to_remove = internal.right_edge().descend().first_leaf_edge().right_kv().ok();
2490                 let to_remove = unsafe { unwrap_unchecked(to_remove) };
2491
2492                 let (hole, key, val) = to_remove.remove();
2493
2494                 let old_key = unsafe { mem::replace(&mut *key_loc, key) };
2495                 let old_val = unsafe { mem::replace(&mut *val_loc, val) };
2496
2497                 (hole.into_node(), old_key, old_val)
2498             }
2499         };
2500
2501         // Handle underflow
2502         let mut cur_node = small_leaf.forget_type();
2503         while cur_node.len() < node::MIN_LEN {
2504             match handle_underfull_node(cur_node) {
2505                 AtRoot => break,
2506                 EmptyParent(_) => unreachable!(),
2507                 Merged(parent) => {
2508                     if parent.len() == 0 {
2509                         // We must be at the root
2510                         parent.into_root_mut().pop_level();
2511                         break;
2512                     } else {
2513                         cur_node = parent.forget_type();
2514                     }
2515                 }
2516                 Stole(_) => break,
2517             }
2518         }
2519
2520         (old_key, old_val)
2521     }
2522 }
2523
2524 enum UnderflowResult<'a, K, V> {
2525     AtRoot,
2526     EmptyParent(NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::Internal>),
2527     Merged(NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::Internal>),
2528     Stole(NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::Internal>),
2529 }
2530
2531 fn handle_underfull_node<K, V>(
2532     node: NodeRef<marker::Mut<'_>, K, V, marker::LeafOrInternal>,
2533 ) -> UnderflowResult<'_, K, V> {
2534     let parent = if let Ok(parent) = node.ascend() {
2535         parent
2536     } else {
2537         return AtRoot;
2538     };
2539
2540     let (is_left, mut handle) = match parent.left_kv() {
2541         Ok(left) => (true, left),
2542         Err(parent) => match parent.right_kv() {
2543             Ok(right) => (false, right),
2544             Err(parent) => {
2545                 return EmptyParent(parent.into_node());
2546             }
2547         },
2548     };
2549
2550     if handle.can_merge() {
2551         Merged(handle.merge().into_node())
2552     } else {
2553         if is_left {
2554             handle.steal_left();
2555         } else {
2556             handle.steal_right();
2557         }
2558         Stole(handle.into_node())
2559     }
2560 }
2561
2562 impl<K: Ord, V, I: Iterator<Item = (K, V)>> Iterator for MergeIter<K, V, I> {
2563     type Item = (K, V);
2564
2565     fn next(&mut self) -> Option<(K, V)> {
2566         let res = match (self.left.peek(), self.right.peek()) {
2567             (Some(&(ref left_key, _)), Some(&(ref right_key, _))) => left_key.cmp(right_key),
2568             (Some(_), None) => Ordering::Less,
2569             (None, Some(_)) => Ordering::Greater,
2570             (None, None) => return None,
2571         };
2572
2573         // Check which elements comes first and only advance the corresponding iterator.
2574         // If two keys are equal, take the value from `right`.
2575         match res {
2576             Ordering::Less => self.left.next(),
2577             Ordering::Greater => self.right.next(),
2578             Ordering::Equal => {
2579                 self.left.next();
2580                 self.right.next()
2581             }
2582         }
2583     }
2584 }