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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 the `siter.front != siter.back` check
254                 // ensures that `siter` is nonempty
255                 let (sk, sv) = unsafe { siter.next_unchecked() };
256                 sk.clone_from(ok);
257                 sv.clone_from(ov);
258             } else {
259                 break;
260             }
261         }
262         // If `other` is longer than `self`, the remaining elements are inserted
263         self.extend(oiter.map(|(k, v)| ((*k).clone(), (*v).clone())));
264     }
265 }
266
267 impl<K, Q: ?Sized> super::Recover<Q> for BTreeMap<K, ()>
268 where
269     K: Borrow<Q> + Ord,
270     Q: Ord,
271 {
272     type Key = K;
273
274     fn get(&self, key: &Q) -> Option<&K> {
275         match search::search_tree(self.root.as_ref(), key) {
276             Found(handle) => Some(handle.into_kv().0),
277             GoDown(_) => None,
278         }
279     }
280
281     fn take(&mut self, key: &Q) -> Option<K> {
282         match search::search_tree(self.root.as_mut(), key) {
283             Found(handle) => Some(
284                 OccupiedEntry { handle, length: &mut self.length, _marker: PhantomData }
285                     .remove_kv()
286                     .0,
287             ),
288             GoDown(_) => None,
289         }
290     }
291
292     fn replace(&mut self, key: K) -> Option<K> {
293         self.ensure_root_is_owned();
294         match search::search_tree::<marker::Mut<'_>, K, (), K>(self.root.as_mut(), &key) {
295             Found(handle) => Some(mem::replace(handle.into_kv_mut().0, key)),
296             GoDown(handle) => {
297                 VacantEntry { key, handle, length: &mut self.length, _marker: PhantomData }
298                     .insert(());
299                 None
300             }
301         }
302     }
303 }
304
305 /// An iterator over the entries of a `BTreeMap`.
306 ///
307 /// This `struct` is created by the [`iter`] method on [`BTreeMap`]. See its
308 /// documentation for more.
309 ///
310 /// [`iter`]: struct.BTreeMap.html#method.iter
311 /// [`BTreeMap`]: struct.BTreeMap.html
312 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
313 pub struct Iter<'a, K: 'a, V: 'a> {
314     range: Range<'a, K, V>,
315     length: usize,
316 }
317
318 #[stable(feature = "collection_debug", since = "1.17.0")]
319 impl<K: fmt::Debug, V: fmt::Debug> fmt::Debug for Iter<'_, K, V> {
320     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
321         f.debug_list().entries(self.clone()).finish()
322     }
323 }
324
325 /// A mutable iterator over the entries of a `BTreeMap`.
326 ///
327 /// This `struct` is created by the [`iter_mut`] method on [`BTreeMap`]. See its
328 /// documentation for more.
329 ///
330 /// [`iter_mut`]: struct.BTreeMap.html#method.iter_mut
331 /// [`BTreeMap`]: struct.BTreeMap.html
332 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
333 #[derive(Debug)]
334 pub struct IterMut<'a, K: 'a, V: 'a> {
335     range: RangeMut<'a, K, V>,
336     length: usize,
337 }
338
339 /// An owning iterator over the entries of a `BTreeMap`.
340 ///
341 /// This `struct` is created by the [`into_iter`] method on [`BTreeMap`]
342 /// (provided by the `IntoIterator` trait). See its documentation for more.
343 ///
344 /// [`into_iter`]: struct.BTreeMap.html#method.into_iter
345 /// [`BTreeMap`]: struct.BTreeMap.html
346 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
347 pub struct IntoIter<K, V> {
348     front: Handle<NodeRef<marker::Owned, K, V, marker::Leaf>, marker::Edge>,
349     back: Handle<NodeRef<marker::Owned, K, V, marker::Leaf>, marker::Edge>,
350     length: usize,
351 }
352
353 #[stable(feature = "collection_debug", since = "1.17.0")]
354 impl<K: fmt::Debug, V: fmt::Debug> fmt::Debug for IntoIter<K, V> {
355     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
356         let range = Range { front: self.front.reborrow(), back: self.back.reborrow() };
357         f.debug_list().entries(range).finish()
358     }
359 }
360
361 /// An iterator over the keys of a `BTreeMap`.
362 ///
363 /// This `struct` is created by the [`keys`] method on [`BTreeMap`]. See its
364 /// documentation for more.
365 ///
366 /// [`keys`]: struct.BTreeMap.html#method.keys
367 /// [`BTreeMap`]: struct.BTreeMap.html
368 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
369 pub struct Keys<'a, K: 'a, V: 'a> {
370     inner: Iter<'a, K, V>,
371 }
372
373 #[stable(feature = "collection_debug", since = "1.17.0")]
374 impl<K: fmt::Debug, V> fmt::Debug for Keys<'_, K, V> {
375     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
376         f.debug_list().entries(self.clone()).finish()
377     }
378 }
379
380 /// An iterator over the values of a `BTreeMap`.
381 ///
382 /// This `struct` is created by the [`values`] method on [`BTreeMap`]. See its
383 /// documentation for more.
384 ///
385 /// [`values`]: struct.BTreeMap.html#method.values
386 /// [`BTreeMap`]: struct.BTreeMap.html
387 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
388 pub struct Values<'a, K: 'a, V: 'a> {
389     inner: Iter<'a, K, V>,
390 }
391
392 #[stable(feature = "collection_debug", since = "1.17.0")]
393 impl<K, V: fmt::Debug> fmt::Debug for Values<'_, K, V> {
394     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
395         f.debug_list().entries(self.clone()).finish()
396     }
397 }
398
399 /// A mutable iterator over the values of a `BTreeMap`.
400 ///
401 /// This `struct` is created by the [`values_mut`] method on [`BTreeMap`]. See its
402 /// documentation for more.
403 ///
404 /// [`values_mut`]: struct.BTreeMap.html#method.values_mut
405 /// [`BTreeMap`]: struct.BTreeMap.html
406 #[stable(feature = "map_values_mut", since = "1.10.0")]
407 #[derive(Debug)]
408 pub struct ValuesMut<'a, K: 'a, V: 'a> {
409     inner: IterMut<'a, K, V>,
410 }
411
412 /// An iterator over a sub-range of entries in a `BTreeMap`.
413 ///
414 /// This `struct` is created by the [`range`] method on [`BTreeMap`]. See its
415 /// documentation for more.
416 ///
417 /// [`range`]: struct.BTreeMap.html#method.range
418 /// [`BTreeMap`]: struct.BTreeMap.html
419 #[stable(feature = "btree_range", since = "1.17.0")]
420 pub struct Range<'a, K: 'a, V: 'a> {
421     front: Handle<NodeRef<marker::Immut<'a>, K, V, marker::Leaf>, marker::Edge>,
422     back: Handle<NodeRef<marker::Immut<'a>, K, V, marker::Leaf>, marker::Edge>,
423 }
424
425 #[stable(feature = "collection_debug", since = "1.17.0")]
426 impl<K: fmt::Debug, V: fmt::Debug> fmt::Debug for Range<'_, K, V> {
427     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
428         f.debug_list().entries(self.clone()).finish()
429     }
430 }
431
432 /// A mutable iterator over a sub-range of entries in a `BTreeMap`.
433 ///
434 /// This `struct` is created by the [`range_mut`] method on [`BTreeMap`]. See its
435 /// documentation for more.
436 ///
437 /// [`range_mut`]: struct.BTreeMap.html#method.range_mut
438 /// [`BTreeMap`]: struct.BTreeMap.html
439 #[stable(feature = "btree_range", since = "1.17.0")]
440 pub struct RangeMut<'a, K: 'a, V: 'a> {
441     front: Handle<NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::Leaf>, marker::Edge>,
442     back: Handle<NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::Leaf>, marker::Edge>,
443
444     // Be invariant in `K` and `V`
445     _marker: PhantomData<&'a mut (K, V)>,
446 }
447
448 #[stable(feature = "collection_debug", since = "1.17.0")]
449 impl<K: fmt::Debug, V: fmt::Debug> fmt::Debug for RangeMut<'_, K, V> {
450     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
451         let range = Range { front: self.front.reborrow(), back: self.back.reborrow() };
452         f.debug_list().entries(range).finish()
453     }
454 }
455
456 /// A view into a single entry in a map, which may either be vacant or occupied.
457 ///
458 /// This `enum` is constructed from the [`entry`] method on [`BTreeMap`].
459 ///
460 /// [`BTreeMap`]: struct.BTreeMap.html
461 /// [`entry`]: struct.BTreeMap.html#method.entry
462 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
463 pub enum Entry<'a, K: 'a, V: 'a> {
464     /// A vacant entry.
465     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
466     Vacant(#[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")] VacantEntry<'a, K, V>),
467
468     /// An occupied entry.
469     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
470     Occupied(#[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")] OccupiedEntry<'a, K, V>),
471 }
472
473 #[stable(feature = "debug_btree_map", since = "1.12.0")]
474 impl<K: Debug + Ord, V: Debug> Debug for Entry<'_, K, V> {
475     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
476         match *self {
477             Vacant(ref v) => f.debug_tuple("Entry").field(v).finish(),
478             Occupied(ref o) => f.debug_tuple("Entry").field(o).finish(),
479         }
480     }
481 }
482
483 /// A view into a vacant entry in a `BTreeMap`.
484 /// It is part of the [`Entry`] enum.
485 ///
486 /// [`Entry`]: enum.Entry.html
487 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
488 pub struct VacantEntry<'a, K: 'a, V: 'a> {
489     key: K,
490     handle: Handle<NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::Leaf>, marker::Edge>,
491     length: &'a mut usize,
492
493     // Be invariant in `K` and `V`
494     _marker: PhantomData<&'a mut (K, V)>,
495 }
496
497 #[stable(feature = "debug_btree_map", since = "1.12.0")]
498 impl<K: Debug + Ord, V> Debug for VacantEntry<'_, K, V> {
499     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
500         f.debug_tuple("VacantEntry").field(self.key()).finish()
501     }
502 }
503
504 /// A view into an occupied entry in a `BTreeMap`.
505 /// It is part of the [`Entry`] enum.
506 ///
507 /// [`Entry`]: enum.Entry.html
508 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
509 pub struct OccupiedEntry<'a, K: 'a, V: 'a> {
510     handle: Handle<NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::LeafOrInternal>, marker::KV>,
511
512     length: &'a mut usize,
513
514     // Be invariant in `K` and `V`
515     _marker: PhantomData<&'a mut (K, V)>,
516 }
517
518 #[stable(feature = "debug_btree_map", since = "1.12.0")]
519 impl<K: Debug + Ord, V: Debug> Debug for OccupiedEntry<'_, K, V> {
520     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
521         f.debug_struct("OccupiedEntry").field("key", self.key()).field("value", self.get()).finish()
522     }
523 }
524
525 // An iterator for merging two sorted sequences into one
526 struct MergeIter<K, V, I: Iterator<Item = (K, V)>> {
527     left: Peekable<I>,
528     right: Peekable<I>,
529 }
530
531 impl<K: Ord, V> BTreeMap<K, V> {
532     /// Makes a new empty BTreeMap with a reasonable choice for B.
533     ///
534     /// # Examples
535     ///
536     /// Basic usage:
537     ///
538     /// ```
539     /// use std::collections::BTreeMap;
540     ///
541     /// let mut map = BTreeMap::new();
542     ///
543     /// // entries can now be inserted into the empty map
544     /// map.insert(1, "a");
545     /// ```
546     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
547     pub fn new() -> BTreeMap<K, V> {
548         BTreeMap { root: node::Root::shared_empty_root(), length: 0 }
549     }
550
551     /// Clears the map, removing all elements.
552     ///
553     /// # Examples
554     ///
555     /// Basic usage:
556     ///
557     /// ```
558     /// use std::collections::BTreeMap;
559     ///
560     /// let mut a = BTreeMap::new();
561     /// a.insert(1, "a");
562     /// a.clear();
563     /// assert!(a.is_empty());
564     /// ```
565     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
566     pub fn clear(&mut self) {
567         *self = BTreeMap::new();
568     }
569
570     /// Returns a reference to the value corresponding to the key.
571     ///
572     /// The key may be any borrowed form of the map's key type, but the ordering
573     /// on the borrowed form *must* match the ordering on the key type.
574     ///
575     /// # Examples
576     ///
577     /// Basic usage:
578     ///
579     /// ```
580     /// use std::collections::BTreeMap;
581     ///
582     /// let mut map = BTreeMap::new();
583     /// map.insert(1, "a");
584     /// assert_eq!(map.get(&1), Some(&"a"));
585     /// assert_eq!(map.get(&2), None);
586     /// ```
587     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
588     pub fn get<Q: ?Sized>(&self, key: &Q) -> Option<&V>
589     where
590         K: Borrow<Q>,
591         Q: Ord,
592     {
593         match search::search_tree(self.root.as_ref(), key) {
594             Found(handle) => Some(handle.into_kv().1),
595             GoDown(_) => None,
596         }
597     }
598
599     /// Returns the key-value pair corresponding to the supplied key.
600     ///
601     /// The supplied key may be any borrowed form of the map's key type, but the ordering
602     /// on the borrowed form *must* match the ordering on the key type.
603     ///
604     /// # Examples
605     ///
606     /// ```
607     /// use std::collections::BTreeMap;
608     ///
609     /// let mut map = BTreeMap::new();
610     /// map.insert(1, "a");
611     /// assert_eq!(map.get_key_value(&1), Some((&1, &"a")));
612     /// assert_eq!(map.get_key_value(&2), None);
613     /// ```
614     #[stable(feature = "map_get_key_value", since = "1.40.0")]
615     pub fn get_key_value<Q: ?Sized>(&self, k: &Q) -> Option<(&K, &V)>
616     where
617         K: Borrow<Q>,
618         Q: Ord,
619     {
620         match search::search_tree(self.root.as_ref(), k) {
621             Found(handle) => Some(handle.into_kv()),
622             GoDown(_) => None,
623         }
624     }
625
626     /// Returns the first key-value pair in the map.
627     /// The key in this pair is the minimum key in the map.
628     ///
629     /// # Examples
630     ///
631     /// Basic usage:
632     ///
633     /// ```
634     /// #![feature(map_first_last)]
635     /// use std::collections::BTreeMap;
636     ///
637     /// let mut map = BTreeMap::new();
638     /// assert_eq!(map.first_key_value(), None);
639     /// map.insert(1, "b");
640     /// map.insert(2, "a");
641     /// assert_eq!(map.first_key_value(), Some((&1, &"b")));
642     /// ```
643     #[unstable(feature = "map_first_last", issue = "62924")]
644     pub fn first_key_value<T: ?Sized>(&self) -> Option<(&K, &V)>
645     where
646         T: Ord,
647         K: Borrow<T>,
648     {
649         let front = self.root.as_ref().first_leaf_edge();
650         front.right_kv().ok().map(Handle::into_kv)
651     }
652
653     /// Returns the first entry in the map for in-place manipulation.
654     /// The key of this entry is the minimum key in the map.
655     ///
656     /// # Examples
657     ///
658     /// Contrived way to `clear` a map:
659     ///
660     /// ```
661     /// #![feature(map_first_last)]
662     /// use std::collections::BTreeMap;
663     ///
664     /// let mut map = BTreeMap::new();
665     /// map.insert(1, "a");
666     /// map.insert(2, "b");
667     /// while let Some(entry) = map.first_entry() {
668     ///     let (key, val) = entry.remove_entry();
669     ///     assert!(!map.contains_key(&key));
670     /// }
671     /// ```
672     #[unstable(feature = "map_first_last", issue = "62924")]
673     pub fn first_entry<T: ?Sized>(&mut self) -> Option<OccupiedEntry<'_, K, V>>
674     where
675         T: Ord,
676         K: Borrow<T>,
677     {
678         let front = self.root.as_mut().first_leaf_edge();
679         if let Ok(kv) = front.right_kv() {
680             Some(OccupiedEntry {
681                 handle: kv.forget_node_type(),
682                 length: &mut self.length,
683                 _marker: PhantomData,
684             })
685         } else {
686             None
687         }
688     }
689
690     /// Returns the last key-value pair in the map.
691     /// The key in this pair is the maximum key in the map.
692     ///
693     /// # Examples
694     ///
695     /// Basic usage:
696     ///
697     /// ```
698     /// #![feature(map_first_last)]
699     /// use std::collections::BTreeMap;
700     ///
701     /// let mut map = BTreeMap::new();
702     /// map.insert(1, "b");
703     /// map.insert(2, "a");
704     /// assert_eq!(map.last_key_value(), Some((&2, &"a")));
705     /// ```
706     #[unstable(feature = "map_first_last", issue = "62924")]
707     pub fn last_key_value<T: ?Sized>(&self) -> Option<(&K, &V)>
708     where
709         T: Ord,
710         K: Borrow<T>,
711     {
712         let back = self.root.as_ref().last_leaf_edge();
713         back.left_kv().ok().map(Handle::into_kv)
714     }
715
716     /// Returns the last entry in the map for in-place manipulation.
717     /// The key of this entry is the maximum key in the map.
718     ///
719     /// # Examples
720     ///
721     /// Contrived way to `clear` a map:
722     ///
723     /// ```
724     /// #![feature(map_first_last)]
725     /// use std::collections::BTreeMap;
726     ///
727     /// let mut map = BTreeMap::new();
728     /// map.insert(1, "a");
729     /// map.insert(2, "b");
730     /// while let Some(entry) = map.last_entry() {
731     ///     let (key, val) = entry.remove_entry();
732     ///     assert!(!map.contains_key(&key));
733     /// }
734     /// ```
735     #[unstable(feature = "map_first_last", issue = "62924")]
736     pub fn last_entry<T: ?Sized>(&mut self) -> Option<OccupiedEntry<'_, K, V>>
737     where
738         T: Ord,
739         K: Borrow<T>,
740     {
741         let back = self.root.as_mut().last_leaf_edge();
742         if let Ok(kv) = back.left_kv() {
743             Some(OccupiedEntry {
744                 handle: kv.forget_node_type(),
745                 length: &mut self.length,
746                 _marker: PhantomData,
747             })
748         } else {
749             None
750         }
751     }
752
753     /// Returns `true` if the map contains a value for the specified key.
754     ///
755     /// The key may be any borrowed form of the map's key type, but the ordering
756     /// on the borrowed form *must* match the ordering on the key type.
757     ///
758     /// # Examples
759     ///
760     /// Basic usage:
761     ///
762     /// ```
763     /// use std::collections::BTreeMap;
764     ///
765     /// let mut map = BTreeMap::new();
766     /// map.insert(1, "a");
767     /// assert_eq!(map.contains_key(&1), true);
768     /// assert_eq!(map.contains_key(&2), false);
769     /// ```
770     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
771     pub fn contains_key<Q: ?Sized>(&self, key: &Q) -> bool
772     where
773         K: Borrow<Q>,
774         Q: Ord,
775     {
776         self.get(key).is_some()
777     }
778
779     /// Returns a mutable reference to the value corresponding to the key.
780     ///
781     /// The key may be any borrowed form of the map's key type, but the ordering
782     /// on the borrowed form *must* match the ordering on the key type.
783     ///
784     /// # Examples
785     ///
786     /// Basic usage:
787     ///
788     /// ```
789     /// use std::collections::BTreeMap;
790     ///
791     /// let mut map = BTreeMap::new();
792     /// map.insert(1, "a");
793     /// if let Some(x) = map.get_mut(&1) {
794     ///     *x = "b";
795     /// }
796     /// assert_eq!(map[&1], "b");
797     /// ```
798     // See `get` for implementation notes, this is basically a copy-paste with mut's added
799     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
800     pub fn get_mut<Q: ?Sized>(&mut self, key: &Q) -> Option<&mut V>
801     where
802         K: Borrow<Q>,
803         Q: Ord,
804     {
805         match search::search_tree(self.root.as_mut(), key) {
806             Found(handle) => Some(handle.into_kv_mut().1),
807             GoDown(_) => None,
808         }
809     }
810
811     /// Inserts a key-value pair into the map.
812     ///
813     /// If the map did not have this key present, `None` is returned.
814     ///
815     /// If the map did have this key present, the value is updated, and the old
816     /// value is returned. The key is not updated, though; this matters for
817     /// types that can be `==` without being identical. See the [module-level
818     /// documentation] for more.
819     ///
820     /// [module-level documentation]: index.html#insert-and-complex-keys
821     ///
822     /// # Examples
823     ///
824     /// Basic usage:
825     ///
826     /// ```
827     /// use std::collections::BTreeMap;
828     ///
829     /// let mut map = BTreeMap::new();
830     /// assert_eq!(map.insert(37, "a"), None);
831     /// assert_eq!(map.is_empty(), false);
832     ///
833     /// map.insert(37, "b");
834     /// assert_eq!(map.insert(37, "c"), Some("b"));
835     /// assert_eq!(map[&37], "c");
836     /// ```
837     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
838     pub fn insert(&mut self, key: K, value: V) -> Option<V> {
839         match self.entry(key) {
840             Occupied(mut entry) => Some(entry.insert(value)),
841             Vacant(entry) => {
842                 entry.insert(value);
843                 None
844             }
845         }
846     }
847
848     /// Removes a key from the map, returning the value at the key if the key
849     /// was previously in the map.
850     ///
851     /// The key may be any borrowed form of the map's key type, but the ordering
852     /// on the borrowed form *must* match the ordering on the key type.
853     ///
854     /// # Examples
855     ///
856     /// Basic usage:
857     ///
858     /// ```
859     /// use std::collections::BTreeMap;
860     ///
861     /// let mut map = BTreeMap::new();
862     /// map.insert(1, "a");
863     /// assert_eq!(map.remove(&1), Some("a"));
864     /// assert_eq!(map.remove(&1), None);
865     /// ```
866     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
867     pub fn remove<Q: ?Sized>(&mut self, key: &Q) -> Option<V>
868     where
869         K: Borrow<Q>,
870         Q: Ord,
871     {
872         self.remove_entry(key).map(|(_, v)| v)
873     }
874
875     /// Removes a key from the map, returning the stored key and value if the key
876     /// was previously in the map.
877     ///
878     /// The key may be any borrowed form of the map's key type, but the ordering
879     /// on the borrowed form *must* match the ordering on the key type.
880     ///
881     /// # Examples
882     ///
883     /// Basic usage:
884     ///
885     /// ```
886     /// #![feature(btreemap_remove_entry)]
887     /// use std::collections::BTreeMap;
888     ///
889     /// let mut map = BTreeMap::new();
890     /// map.insert(1, "a");
891     /// assert_eq!(map.remove_entry(&1), Some((1, "a")));
892     /// assert_eq!(map.remove_entry(&1), None);
893     /// ```
894     #[unstable(feature = "btreemap_remove_entry", issue = "66714")]
895     pub fn remove_entry<Q: ?Sized>(&mut self, key: &Q) -> Option<(K, V)>
896     where
897         K: Borrow<Q>,
898         Q: Ord,
899     {
900         match search::search_tree(self.root.as_mut(), key) {
901             Found(handle) => Some(
902                 OccupiedEntry { handle, length: &mut self.length, _marker: PhantomData }
903                     .remove_entry(),
904             ),
905             GoDown(_) => None,
906         }
907     }
908
909     /// Moves all elements from `other` into `Self`, leaving `other` empty.
910     ///
911     /// # Examples
912     ///
913     /// ```
914     /// use std::collections::BTreeMap;
915     ///
916     /// let mut a = BTreeMap::new();
917     /// a.insert(1, "a");
918     /// a.insert(2, "b");
919     /// a.insert(3, "c");
920     ///
921     /// let mut b = BTreeMap::new();
922     /// b.insert(3, "d");
923     /// b.insert(4, "e");
924     /// b.insert(5, "f");
925     ///
926     /// a.append(&mut b);
927     ///
928     /// assert_eq!(a.len(), 5);
929     /// assert_eq!(b.len(), 0);
930     ///
931     /// assert_eq!(a[&1], "a");
932     /// assert_eq!(a[&2], "b");
933     /// assert_eq!(a[&3], "d");
934     /// assert_eq!(a[&4], "e");
935     /// assert_eq!(a[&5], "f");
936     /// ```
937     #[stable(feature = "btree_append", since = "1.11.0")]
938     pub fn append(&mut self, other: &mut Self) {
939         // Do we have to append anything at all?
940         if other.is_empty() {
941             return;
942         }
943
944         // We can just swap `self` and `other` if `self` is empty.
945         if self.is_empty() {
946             mem::swap(self, other);
947             return;
948         }
949
950         // First, we merge `self` and `other` into a sorted sequence in linear time.
951         let self_iter = mem::take(self).into_iter();
952         let other_iter = mem::take(other).into_iter();
953         let iter = MergeIter { left: self_iter.peekable(), right: other_iter.peekable() };
954
955         // Second, we build a tree from the sorted sequence in linear time.
956         self.from_sorted_iter(iter);
957         self.fix_right_edge();
958     }
959
960     /// Constructs a double-ended iterator over a sub-range of elements in the map.
961     /// The simplest way is to use the range syntax `min..max`, thus `range(min..max)` will
962     /// yield elements from min (inclusive) to max (exclusive).
963     /// The range may also be entered as `(Bound<T>, Bound<T>)`, so for example
964     /// `range((Excluded(4), Included(10)))` will yield a left-exclusive, right-inclusive
965     /// range from 4 to 10.
966     ///
967     /// # Panics
968     ///
969     /// Panics if range `start > end`.
970     /// Panics if range `start == end` and both bounds are `Excluded`.
971     ///
972     /// # Examples
973     ///
974     /// Basic usage:
975     ///
976     /// ```
977     /// use std::collections::BTreeMap;
978     /// use std::ops::Bound::Included;
979     ///
980     /// let mut map = BTreeMap::new();
981     /// map.insert(3, "a");
982     /// map.insert(5, "b");
983     /// map.insert(8, "c");
984     /// for (&key, &value) in map.range((Included(&4), Included(&8))) {
985     ///     println!("{}: {}", key, value);
986     /// }
987     /// assert_eq!(Some((&5, &"b")), map.range(4..).next());
988     /// ```
989     #[stable(feature = "btree_range", since = "1.17.0")]
990     pub fn range<T: ?Sized, R>(&self, range: R) -> Range<'_, K, V>
991     where
992         T: Ord,
993         K: Borrow<T>,
994         R: RangeBounds<T>,
995     {
996         let root1 = self.root.as_ref();
997         let root2 = self.root.as_ref();
998         let (f, b) = range_search(root1, root2, range);
999
1000         Range { front: f, back: b }
1001     }
1002
1003     /// Constructs a mutable double-ended iterator over a sub-range of elements in the map.
1004     /// The simplest way is to use the range syntax `min..max`, thus `range(min..max)` will
1005     /// yield elements from min (inclusive) to max (exclusive).
1006     /// The range may also be entered as `(Bound<T>, Bound<T>)`, so for example
1007     /// `range((Excluded(4), Included(10)))` will yield a left-exclusive, right-inclusive
1008     /// range from 4 to 10.
1009     ///
1010     /// # Panics
1011     ///
1012     /// Panics if range `start > end`.
1013     /// Panics if range `start == end` and both bounds are `Excluded`.
1014     ///
1015     /// # Examples
1016     ///
1017     /// Basic usage:
1018     ///
1019     /// ```
1020     /// use std::collections::BTreeMap;
1021     ///
1022     /// let mut map: BTreeMap<&str, i32> = ["Alice", "Bob", "Carol", "Cheryl"]
1023     ///     .iter()
1024     ///     .map(|&s| (s, 0))
1025     ///     .collect();
1026     /// for (_, balance) in map.range_mut("B".."Cheryl") {
1027     ///     *balance += 100;
1028     /// }
1029     /// for (name, balance) in &map {
1030     ///     println!("{} => {}", name, balance);
1031     /// }
1032     /// ```
1033     #[stable(feature = "btree_range", since = "1.17.0")]
1034     pub fn range_mut<T: ?Sized, R>(&mut self, range: R) -> RangeMut<'_, K, V>
1035     where
1036         T: Ord,
1037         K: Borrow<T>,
1038         R: RangeBounds<T>,
1039     {
1040         let root1 = self.root.as_mut();
1041         let root2 = unsafe { ptr::read(&root1) };
1042         let (f, b) = range_search(root1, root2, range);
1043
1044         RangeMut { front: f, back: b, _marker: PhantomData }
1045     }
1046
1047     /// Gets the given key's corresponding entry in the map for in-place manipulation.
1048     ///
1049     /// # Examples
1050     ///
1051     /// Basic usage:
1052     ///
1053     /// ```
1054     /// use std::collections::BTreeMap;
1055     ///
1056     /// let mut count: BTreeMap<&str, usize> = BTreeMap::new();
1057     ///
1058     /// // count the number of occurrences of letters in the vec
1059     /// for x in vec!["a","b","a","c","a","b"] {
1060     ///     *count.entry(x).or_insert(0) += 1;
1061     /// }
1062     ///
1063     /// assert_eq!(count["a"], 3);
1064     /// ```
1065     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1066     pub fn entry(&mut self, key: K) -> Entry<'_, K, V> {
1067         // FIXME(@porglezomp) Avoid allocating if we don't insert
1068         self.ensure_root_is_owned();
1069         match search::search_tree(self.root.as_mut(), &key) {
1070             Found(handle) => {
1071                 Occupied(OccupiedEntry { handle, length: &mut self.length, _marker: PhantomData })
1072             }
1073             GoDown(handle) => {
1074                 Vacant(VacantEntry { key, handle, length: &mut self.length, _marker: PhantomData })
1075             }
1076         }
1077     }
1078
1079     fn from_sorted_iter<I: Iterator<Item = (K, V)>>(&mut self, iter: I) {
1080         self.ensure_root_is_owned();
1081         let mut cur_node = self.root.as_mut().last_leaf_edge().into_node();
1082         // Iterate through all key-value pairs, pushing them into nodes at the right level.
1083         for (key, value) in iter {
1084             // Try to push key-value pair into the current leaf node.
1085             if cur_node.len() < node::CAPACITY {
1086                 cur_node.push(key, value);
1087             } else {
1088                 // No space left, go up and push there.
1089                 let mut open_node;
1090                 let mut test_node = cur_node.forget_type();
1091                 loop {
1092                     match test_node.ascend() {
1093                         Ok(parent) => {
1094                             let parent = parent.into_node();
1095                             if parent.len() < node::CAPACITY {
1096                                 // Found a node with space left, push here.
1097                                 open_node = parent;
1098                                 break;
1099                             } else {
1100                                 // Go up again.
1101                                 test_node = parent.forget_type();
1102                             }
1103                         }
1104                         Err(node) => {
1105                             // We are at the top, create a new root node and push there.
1106                             open_node = node.into_root_mut().push_level();
1107                             break;
1108                         }
1109                     }
1110                 }
1111
1112                 // Push key-value pair and new right subtree.
1113                 let tree_height = open_node.height() - 1;
1114                 let mut right_tree = node::Root::new_leaf();
1115                 for _ in 0..tree_height {
1116                     right_tree.push_level();
1117                 }
1118                 open_node.push(key, value, right_tree);
1119
1120                 // Go down to the right-most leaf again.
1121                 cur_node = open_node.forget_type().last_leaf_edge().into_node();
1122             }
1123
1124             self.length += 1;
1125         }
1126     }
1127
1128     fn fix_right_edge(&mut self) {
1129         // Handle underfull nodes, start from the top.
1130         let mut cur_node = self.root.as_mut();
1131         while let Internal(internal) = cur_node.force() {
1132             // Check if right-most child is underfull.
1133             let mut last_edge = internal.last_edge();
1134             let right_child_len = last_edge.reborrow().descend().len();
1135             if right_child_len < node::MIN_LEN {
1136                 // We need to steal.
1137                 let mut last_kv = match last_edge.left_kv() {
1138                     Ok(left) => left,
1139                     Err(_) => unreachable!(),
1140                 };
1141                 last_kv.bulk_steal_left(node::MIN_LEN - right_child_len);
1142                 last_edge = last_kv.right_edge();
1143             }
1144
1145             // Go further down.
1146             cur_node = last_edge.descend();
1147         }
1148     }
1149
1150     /// Splits the collection into two at the given key. Returns everything after the given key,
1151     /// including the key.
1152     ///
1153     /// # Examples
1154     ///
1155     /// Basic usage:
1156     ///
1157     /// ```
1158     /// use std::collections::BTreeMap;
1159     ///
1160     /// let mut a = BTreeMap::new();
1161     /// a.insert(1, "a");
1162     /// a.insert(2, "b");
1163     /// a.insert(3, "c");
1164     /// a.insert(17, "d");
1165     /// a.insert(41, "e");
1166     ///
1167     /// let b = a.split_off(&3);
1168     ///
1169     /// assert_eq!(a.len(), 2);
1170     /// assert_eq!(b.len(), 3);
1171     ///
1172     /// assert_eq!(a[&1], "a");
1173     /// assert_eq!(a[&2], "b");
1174     ///
1175     /// assert_eq!(b[&3], "c");
1176     /// assert_eq!(b[&17], "d");
1177     /// assert_eq!(b[&41], "e");
1178     /// ```
1179     #[stable(feature = "btree_split_off", since = "1.11.0")]
1180     pub fn split_off<Q: ?Sized + Ord>(&mut self, key: &Q) -> Self
1181     where
1182         K: Borrow<Q>,
1183     {
1184         if self.is_empty() {
1185             return Self::new();
1186         }
1187
1188         let total_num = self.len();
1189
1190         let mut right = Self::new();
1191         right.root = node::Root::new_leaf();
1192         for _ in 0..(self.root.as_ref().height()) {
1193             right.root.push_level();
1194         }
1195
1196         {
1197             let mut left_node = self.root.as_mut();
1198             let mut right_node = right.root.as_mut();
1199
1200             loop {
1201                 let mut split_edge = match search::search_node(left_node, key) {
1202                     // key is going to the right tree
1203                     Found(handle) => handle.left_edge(),
1204                     GoDown(handle) => handle,
1205                 };
1206
1207                 split_edge.move_suffix(&mut right_node);
1208
1209                 match (split_edge.force(), right_node.force()) {
1210                     (Internal(edge), Internal(node)) => {
1211                         left_node = edge.descend();
1212                         right_node = node.first_edge().descend();
1213                     }
1214                     (Leaf(_), Leaf(_)) => {
1215                         break;
1216                     }
1217                     _ => {
1218                         unreachable!();
1219                     }
1220                 }
1221             }
1222         }
1223
1224         self.fix_right_border();
1225         right.fix_left_border();
1226
1227         if self.root.as_ref().height() < right.root.as_ref().height() {
1228             self.recalc_length();
1229             right.length = total_num - self.len();
1230         } else {
1231             right.recalc_length();
1232             self.length = total_num - right.len();
1233         }
1234
1235         right
1236     }
1237
1238     /// Calculates the number of elements if it is incorrect.
1239     fn recalc_length(&mut self) {
1240         fn dfs<'a, K, V>(node: NodeRef<marker::Immut<'a>, K, V, marker::LeafOrInternal>) -> usize
1241         where
1242             K: 'a,
1243             V: 'a,
1244         {
1245             let mut res = node.len();
1246
1247             if let Internal(node) = node.force() {
1248                 let mut edge = node.first_edge();
1249                 loop {
1250                     res += dfs(edge.reborrow().descend());
1251                     match edge.right_kv() {
1252                         Ok(right_kv) => {
1253                             edge = right_kv.right_edge();
1254                         }
1255                         Err(_) => {
1256                             break;
1257                         }
1258                     }
1259                 }
1260             }
1261
1262             res
1263         }
1264
1265         self.length = dfs(self.root.as_ref());
1266     }
1267
1268     /// Removes empty levels on the top.
1269     fn fix_top(&mut self) {
1270         loop {
1271             {
1272                 let node = self.root.as_ref();
1273                 if node.height() == 0 || node.len() > 0 {
1274                     break;
1275                 }
1276             }
1277             self.root.pop_level();
1278         }
1279     }
1280
1281     fn fix_right_border(&mut self) {
1282         self.fix_top();
1283
1284         {
1285             let mut cur_node = self.root.as_mut();
1286
1287             while let Internal(node) = cur_node.force() {
1288                 let mut last_kv = node.last_kv();
1289
1290                 if last_kv.can_merge() {
1291                     cur_node = last_kv.merge().descend();
1292                 } else {
1293                     let right_len = last_kv.reborrow().right_edge().descend().len();
1294                     // `MINLEN + 1` to avoid readjust if merge happens on the next level.
1295                     if right_len < node::MIN_LEN + 1 {
1296                         last_kv.bulk_steal_left(node::MIN_LEN + 1 - right_len);
1297                     }
1298                     cur_node = last_kv.right_edge().descend();
1299                 }
1300             }
1301         }
1302
1303         self.fix_top();
1304     }
1305
1306     /// The symmetric clone of `fix_right_border`.
1307     fn fix_left_border(&mut self) {
1308         self.fix_top();
1309
1310         {
1311             let mut cur_node = self.root.as_mut();
1312
1313             while let Internal(node) = cur_node.force() {
1314                 let mut first_kv = node.first_kv();
1315
1316                 if first_kv.can_merge() {
1317                     cur_node = first_kv.merge().descend();
1318                 } else {
1319                     let left_len = first_kv.reborrow().left_edge().descend().len();
1320                     if left_len < node::MIN_LEN + 1 {
1321                         first_kv.bulk_steal_right(node::MIN_LEN + 1 - left_len);
1322                     }
1323                     cur_node = first_kv.left_edge().descend();
1324                 }
1325             }
1326         }
1327
1328         self.fix_top();
1329     }
1330
1331     /// If the root node is the shared root node, allocate our own node.
1332     fn ensure_root_is_owned(&mut self) {
1333         if self.root.is_shared_root() {
1334             self.root = node::Root::new_leaf();
1335         }
1336     }
1337 }
1338
1339 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1340 impl<'a, K: 'a, V: 'a> IntoIterator for &'a BTreeMap<K, V> {
1341     type Item = (&'a K, &'a V);
1342     type IntoIter = Iter<'a, K, V>;
1343
1344     fn into_iter(self) -> Iter<'a, K, V> {
1345         self.iter()
1346     }
1347 }
1348
1349 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1350 impl<'a, K: 'a, V: 'a> Iterator for Iter<'a, K, V> {
1351     type Item = (&'a K, &'a V);
1352
1353     fn next(&mut self) -> Option<(&'a K, &'a V)> {
1354         if self.length == 0 {
1355             None
1356         } else {
1357             self.length -= 1;
1358             unsafe { Some(self.range.next_unchecked()) }
1359         }
1360     }
1361
1362     fn size_hint(&self) -> (usize, Option<usize>) {
1363         (self.length, Some(self.length))
1364     }
1365
1366     fn last(mut self) -> Option<(&'a K, &'a V)> {
1367         self.next_back()
1368     }
1369 }
1370
1371 #[stable(feature = "fused", since = "1.26.0")]
1372 impl<K, V> FusedIterator for Iter<'_, K, V> {}
1373
1374 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1375 impl<'a, K: 'a, V: 'a> DoubleEndedIterator for Iter<'a, K, V> {
1376     fn next_back(&mut self) -> Option<(&'a K, &'a V)> {
1377         if self.length == 0 {
1378             None
1379         } else {
1380             self.length -= 1;
1381             unsafe { Some(self.range.next_back_unchecked()) }
1382         }
1383     }
1384 }
1385
1386 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1387 impl<K, V> ExactSizeIterator for Iter<'_, K, V> {
1388     fn len(&self) -> usize {
1389         self.length
1390     }
1391 }
1392
1393 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1394 impl<K, V> Clone for Iter<'_, K, V> {
1395     fn clone(&self) -> Self {
1396         Iter { range: self.range.clone(), length: self.length }
1397     }
1398 }
1399
1400 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1401 impl<'a, K: 'a, V: 'a> IntoIterator for &'a mut BTreeMap<K, V> {
1402     type Item = (&'a K, &'a mut V);
1403     type IntoIter = IterMut<'a, K, V>;
1404
1405     fn into_iter(self) -> IterMut<'a, K, V> {
1406         self.iter_mut()
1407     }
1408 }
1409
1410 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1411 impl<'a, K: 'a, V: 'a> Iterator for IterMut<'a, K, V> {
1412     type Item = (&'a K, &'a mut V);
1413
1414     fn next(&mut self) -> Option<(&'a K, &'a mut V)> {
1415         if self.length == 0 {
1416             None
1417         } else {
1418             self.length -= 1;
1419             let (k, v) = unsafe { self.range.next_unchecked() };
1420             Some((k, v)) // coerce k from `&mut K` to `&K`
1421         }
1422     }
1423
1424     fn size_hint(&self) -> (usize, Option<usize>) {
1425         (self.length, Some(self.length))
1426     }
1427
1428     fn last(mut self) -> Option<(&'a K, &'a mut V)> {
1429         self.next_back()
1430     }
1431 }
1432
1433 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1434 impl<'a, K: 'a, V: 'a> DoubleEndedIterator for IterMut<'a, K, V> {
1435     fn next_back(&mut self) -> Option<(&'a K, &'a mut V)> {
1436         if self.length == 0 {
1437             None
1438         } else {
1439             self.length -= 1;
1440             let (k, v) = unsafe { self.range.next_back_unchecked() };
1441             Some((k, v)) // coerce k from `&mut K` to `&K`
1442         }
1443     }
1444 }
1445
1446 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1447 impl<K, V> ExactSizeIterator for IterMut<'_, K, V> {
1448     fn len(&self) -> usize {
1449         self.length
1450     }
1451 }
1452
1453 #[stable(feature = "fused", since = "1.26.0")]
1454 impl<K, V> FusedIterator for IterMut<'_, K, V> {}
1455
1456 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1457 impl<K, V> IntoIterator for BTreeMap<K, V> {
1458     type Item = (K, V);
1459     type IntoIter = IntoIter<K, V>;
1460
1461     fn into_iter(self) -> IntoIter<K, V> {
1462         let root1 = unsafe { ptr::read(&self.root).into_ref() };
1463         let root2 = unsafe { ptr::read(&self.root).into_ref() };
1464         let len = self.length;
1465         mem::forget(self);
1466
1467         IntoIter { front: root1.first_leaf_edge(), back: root2.last_leaf_edge(), length: len }
1468     }
1469 }
1470
1471 #[stable(feature = "btree_drop", since = "1.7.0")]
1472 impl<K, V> Drop for IntoIter<K, V> {
1473     fn drop(&mut self) {
1474         self.for_each(drop);
1475         unsafe {
1476             let leaf_node = ptr::read(&self.front).into_node();
1477             if leaf_node.is_shared_root() {
1478                 return;
1479             }
1480
1481             if let Some(first_parent) = leaf_node.deallocate_and_ascend() {
1482                 let mut cur_internal_node = first_parent.into_node();
1483                 while let Some(parent) = cur_internal_node.deallocate_and_ascend() {
1484                     cur_internal_node = parent.into_node()
1485                 }
1486             }
1487         }
1488     }
1489 }
1490
1491 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1492 impl<K, V> Iterator for IntoIter<K, V> {
1493     type Item = (K, V);
1494
1495     fn next(&mut self) -> Option<(K, V)> {
1496         if self.length == 0 {
1497             None
1498         } else {
1499             self.length -= 1;
1500             Some(unsafe { self.front.next_unchecked() })
1501         }
1502     }
1503
1504     fn size_hint(&self) -> (usize, Option<usize>) {
1505         (self.length, Some(self.length))
1506     }
1507 }
1508
1509 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1510 impl<K, V> DoubleEndedIterator for IntoIter<K, V> {
1511     fn next_back(&mut self) -> Option<(K, V)> {
1512         if self.length == 0 {
1513             None
1514         } else {
1515             self.length -= 1;
1516             Some(unsafe { self.back.next_back_unchecked() })
1517         }
1518     }
1519 }
1520
1521 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1522 impl<K, V> ExactSizeIterator for IntoIter<K, V> {
1523     fn len(&self) -> usize {
1524         self.length
1525     }
1526 }
1527
1528 #[stable(feature = "fused", since = "1.26.0")]
1529 impl<K, V> FusedIterator for IntoIter<K, V> {}
1530
1531 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1532 impl<'a, K, V> Iterator for Keys<'a, K, V> {
1533     type Item = &'a K;
1534
1535     fn next(&mut self) -> Option<&'a K> {
1536         self.inner.next().map(|(k, _)| k)
1537     }
1538
1539     fn size_hint(&self) -> (usize, Option<usize>) {
1540         self.inner.size_hint()
1541     }
1542
1543     fn last(mut self) -> Option<&'a K> {
1544         self.next_back()
1545     }
1546 }
1547
1548 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1549 impl<'a, K, V> DoubleEndedIterator for Keys<'a, K, V> {
1550     fn next_back(&mut self) -> Option<&'a K> {
1551         self.inner.next_back().map(|(k, _)| k)
1552     }
1553 }
1554
1555 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1556 impl<K, V> ExactSizeIterator for Keys<'_, K, V> {
1557     fn len(&self) -> usize {
1558         self.inner.len()
1559     }
1560 }
1561
1562 #[stable(feature = "fused", since = "1.26.0")]
1563 impl<K, V> FusedIterator for Keys<'_, K, V> {}
1564
1565 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1566 impl<K, V> Clone for Keys<'_, K, V> {
1567     fn clone(&self) -> Self {
1568         Keys { inner: self.inner.clone() }
1569     }
1570 }
1571
1572 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1573 impl<'a, K, V> Iterator for Values<'a, K, V> {
1574     type Item = &'a V;
1575
1576     fn next(&mut self) -> Option<&'a V> {
1577         self.inner.next().map(|(_, v)| v)
1578     }
1579
1580     fn size_hint(&self) -> (usize, Option<usize>) {
1581         self.inner.size_hint()
1582     }
1583
1584     fn last(mut self) -> Option<&'a V> {
1585         self.next_back()
1586     }
1587 }
1588
1589 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1590 impl<'a, K, V> DoubleEndedIterator for Values<'a, K, V> {
1591     fn next_back(&mut self) -> Option<&'a V> {
1592         self.inner.next_back().map(|(_, v)| v)
1593     }
1594 }
1595
1596 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1597 impl<K, V> ExactSizeIterator for Values<'_, K, V> {
1598     fn len(&self) -> usize {
1599         self.inner.len()
1600     }
1601 }
1602
1603 #[stable(feature = "fused", since = "1.26.0")]
1604 impl<K, V> FusedIterator for Values<'_, K, V> {}
1605
1606 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1607 impl<K, V> Clone for Values<'_, K, V> {
1608     fn clone(&self) -> Self {
1609         Values { inner: self.inner.clone() }
1610     }
1611 }
1612
1613 #[stable(feature = "btree_range", since = "1.17.0")]
1614 impl<'a, K, V> Iterator for Range<'a, K, V> {
1615     type Item = (&'a K, &'a V);
1616
1617     fn next(&mut self) -> Option<(&'a K, &'a V)> {
1618         if self.is_empty() { None } else { unsafe { Some(self.next_unchecked()) } }
1619     }
1620
1621     fn last(mut self) -> Option<(&'a K, &'a V)> {
1622         self.next_back()
1623     }
1624 }
1625
1626 #[stable(feature = "map_values_mut", since = "1.10.0")]
1627 impl<'a, K, V> Iterator for ValuesMut<'a, K, V> {
1628     type Item = &'a mut V;
1629
1630     fn next(&mut self) -> Option<&'a mut V> {
1631         self.inner.next().map(|(_, v)| v)
1632     }
1633
1634     fn size_hint(&self) -> (usize, Option<usize>) {
1635         self.inner.size_hint()
1636     }
1637
1638     fn last(mut self) -> Option<&'a mut V> {
1639         self.next_back()
1640     }
1641 }
1642
1643 #[stable(feature = "map_values_mut", since = "1.10.0")]
1644 impl<'a, K, V> DoubleEndedIterator for ValuesMut<'a, K, V> {
1645     fn next_back(&mut self) -> Option<&'a mut V> {
1646         self.inner.next_back().map(|(_, v)| v)
1647     }
1648 }
1649
1650 #[stable(feature = "map_values_mut", since = "1.10.0")]
1651 impl<K, V> ExactSizeIterator for ValuesMut<'_, K, V> {
1652     fn len(&self) -> usize {
1653         self.inner.len()
1654     }
1655 }
1656
1657 #[stable(feature = "fused", since = "1.26.0")]
1658 impl<K, V> FusedIterator for ValuesMut<'_, K, V> {}
1659
1660 impl<'a, K, V> Range<'a, K, V> {
1661     fn is_empty(&self) -> bool {
1662         self.front == self.back
1663     }
1664
1665     unsafe fn next_unchecked(&mut self) -> (&'a K, &'a V) {
1666         self.front.next_unchecked()
1667     }
1668 }
1669
1670 #[stable(feature = "btree_range", since = "1.17.0")]
1671 impl<'a, K, V> DoubleEndedIterator for Range<'a, K, V> {
1672     fn next_back(&mut self) -> Option<(&'a K, &'a V)> {
1673         if self.is_empty() { None } else { Some(unsafe { self.next_back_unchecked() }) }
1674     }
1675 }
1676
1677 impl<'a, K, V> Range<'a, K, V> {
1678     unsafe fn next_back_unchecked(&mut self) -> (&'a K, &'a V) {
1679         self.back.next_back_unchecked()
1680     }
1681 }
1682
1683 #[stable(feature = "fused", since = "1.26.0")]
1684 impl<K, V> FusedIterator for Range<'_, K, V> {}
1685
1686 #[stable(feature = "btree_range", since = "1.17.0")]
1687 impl<K, V> Clone for Range<'_, K, V> {
1688     fn clone(&self) -> Self {
1689         Range { front: self.front, back: self.back }
1690     }
1691 }
1692
1693 #[stable(feature = "btree_range", since = "1.17.0")]
1694 impl<'a, K, V> Iterator for RangeMut<'a, K, V> {
1695     type Item = (&'a K, &'a mut V);
1696
1697     fn next(&mut self) -> Option<(&'a K, &'a mut V)> {
1698         if self.is_empty() {
1699             None
1700         } else {
1701             let (k, v) = unsafe { self.next_unchecked() };
1702             Some((k, v)) // coerce k from `&mut K` to `&K`
1703         }
1704     }
1705
1706     fn last(mut self) -> Option<(&'a K, &'a mut V)> {
1707         self.next_back()
1708     }
1709 }
1710
1711 impl<'a, K, V> RangeMut<'a, K, V> {
1712     fn is_empty(&self) -> bool {
1713         self.front == self.back
1714     }
1715
1716     unsafe fn next_unchecked(&mut self) -> (&'a mut K, &'a mut V) {
1717         self.front.next_unchecked()
1718     }
1719 }
1720
1721 #[stable(feature = "btree_range", since = "1.17.0")]
1722 impl<'a, K, V> DoubleEndedIterator for RangeMut<'a, K, V> {
1723     fn next_back(&mut self) -> Option<(&'a K, &'a mut V)> {
1724         if self.is_empty() {
1725             None
1726         } else {
1727             let (k, v) = unsafe { self.next_back_unchecked() };
1728             Some((k, v)) // coerce k from `&mut K` to `&K`
1729         }
1730     }
1731 }
1732
1733 #[stable(feature = "fused", since = "1.26.0")]
1734 impl<K, V> FusedIterator for RangeMut<'_, K, V> {}
1735
1736 impl<'a, K, V> RangeMut<'a, K, V> {
1737     unsafe fn next_back_unchecked(&mut self) -> (&'a mut K, &'a mut V) {
1738         self.back.next_back_unchecked()
1739     }
1740 }
1741
1742 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1743 impl<K: Ord, V> FromIterator<(K, V)> for BTreeMap<K, V> {
1744     fn from_iter<T: IntoIterator<Item = (K, V)>>(iter: T) -> BTreeMap<K, V> {
1745         let mut map = BTreeMap::new();
1746         map.extend(iter);
1747         map
1748     }
1749 }
1750
1751 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1752 impl<K: Ord, V> Extend<(K, V)> for BTreeMap<K, V> {
1753     #[inline]
1754     fn extend<T: IntoIterator<Item = (K, V)>>(&mut self, iter: T) {
1755         iter.into_iter().for_each(move |(k, v)| {
1756             self.insert(k, v);
1757         });
1758     }
1759 }
1760
1761 #[stable(feature = "extend_ref", since = "1.2.0")]
1762 impl<'a, K: Ord + Copy, V: Copy> Extend<(&'a K, &'a V)> for BTreeMap<K, V> {
1763     fn extend<I: IntoIterator<Item = (&'a K, &'a V)>>(&mut self, iter: I) {
1764         self.extend(iter.into_iter().map(|(&key, &value)| (key, value)));
1765     }
1766 }
1767
1768 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1769 impl<K: Hash, V: Hash> Hash for BTreeMap<K, V> {
1770     fn hash<H: Hasher>(&self, state: &mut H) {
1771         for elt in self {
1772             elt.hash(state);
1773         }
1774     }
1775 }
1776
1777 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1778 impl<K: Ord, V> Default for BTreeMap<K, V> {
1779     /// Creates an empty `BTreeMap<K, V>`.
1780     fn default() -> BTreeMap<K, V> {
1781         BTreeMap::new()
1782     }
1783 }
1784
1785 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1786 impl<K: PartialEq, V: PartialEq> PartialEq for BTreeMap<K, V> {
1787     fn eq(&self, other: &BTreeMap<K, V>) -> bool {
1788         self.len() == other.len() && self.iter().zip(other).all(|(a, b)| a == b)
1789     }
1790 }
1791
1792 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1793 impl<K: Eq, V: Eq> Eq for BTreeMap<K, V> {}
1794
1795 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1796 impl<K: PartialOrd, V: PartialOrd> PartialOrd for BTreeMap<K, V> {
1797     #[inline]
1798     fn partial_cmp(&self, other: &BTreeMap<K, V>) -> Option<Ordering> {
1799         self.iter().partial_cmp(other.iter())
1800     }
1801 }
1802
1803 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1804 impl<K: Ord, V: Ord> Ord for BTreeMap<K, V> {
1805     #[inline]
1806     fn cmp(&self, other: &BTreeMap<K, V>) -> Ordering {
1807         self.iter().cmp(other.iter())
1808     }
1809 }
1810
1811 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1812 impl<K: Debug, V: Debug> Debug for BTreeMap<K, V> {
1813     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
1814         f.debug_map().entries(self.iter()).finish()
1815     }
1816 }
1817
1818 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1819 impl<K: Ord, Q: ?Sized, V> Index<&Q> for BTreeMap<K, V>
1820 where
1821     K: Borrow<Q>,
1822     Q: Ord,
1823 {
1824     type Output = V;
1825
1826     /// Returns a reference to the value corresponding to the supplied key.
1827     ///
1828     /// # Panics
1829     ///
1830     /// Panics if the key is not present in the `BTreeMap`.
1831     #[inline]
1832     fn index(&self, key: &Q) -> &V {
1833         self.get(key).expect("no entry found for key")
1834     }
1835 }
1836
1837 fn range_search<BorrowType, K, V, Q: ?Sized, R: RangeBounds<Q>>(
1838     root1: NodeRef<BorrowType, K, V, marker::LeafOrInternal>,
1839     root2: NodeRef<BorrowType, K, V, marker::LeafOrInternal>,
1840     range: R,
1841 ) -> (
1842     Handle<NodeRef<BorrowType, K, V, marker::Leaf>, marker::Edge>,
1843     Handle<NodeRef<BorrowType, K, V, marker::Leaf>, marker::Edge>,
1844 )
1845 where
1846     Q: Ord,
1847     K: Borrow<Q>,
1848 {
1849     match (range.start_bound(), range.end_bound()) {
1850         (Excluded(s), Excluded(e)) if s == e => {
1851             panic!("range start and end are equal and excluded in BTreeMap")
1852         }
1853         (Included(s), Included(e))
1854         | (Included(s), Excluded(e))
1855         | (Excluded(s), Included(e))
1856         | (Excluded(s), Excluded(e))
1857             if s > e =>
1858         {
1859             panic!("range start is greater than range end in BTreeMap")
1860         }
1861         _ => {}
1862     };
1863
1864     let mut min_node = root1;
1865     let mut max_node = root2;
1866     let mut min_found = false;
1867     let mut max_found = false;
1868
1869     loop {
1870         let front = match (min_found, range.start_bound()) {
1871             (false, Included(key)) => match search::search_node(min_node, key) {
1872                 Found(kv) => {
1873                     min_found = true;
1874                     kv.left_edge()
1875                 }
1876                 GoDown(edge) => edge,
1877             },
1878             (false, Excluded(key)) => match search::search_node(min_node, key) {
1879                 Found(kv) => {
1880                     min_found = true;
1881                     kv.right_edge()
1882                 }
1883                 GoDown(edge) => edge,
1884             },
1885             (true, Included(_)) => min_node.last_edge(),
1886             (true, Excluded(_)) => min_node.first_edge(),
1887             (_, Unbounded) => min_node.first_edge(),
1888         };
1889
1890         let back = match (max_found, range.end_bound()) {
1891             (false, Included(key)) => match search::search_node(max_node, key) {
1892                 Found(kv) => {
1893                     max_found = true;
1894                     kv.right_edge()
1895                 }
1896                 GoDown(edge) => edge,
1897             },
1898             (false, Excluded(key)) => match search::search_node(max_node, key) {
1899                 Found(kv) => {
1900                     max_found = true;
1901                     kv.left_edge()
1902                 }
1903                 GoDown(edge) => edge,
1904             },
1905             (true, Included(_)) => max_node.first_edge(),
1906             (true, Excluded(_)) => max_node.last_edge(),
1907             (_, Unbounded) => max_node.last_edge(),
1908         };
1909
1910         if front.partial_cmp(&back) == Some(Ordering::Greater) {
1911             panic!("Ord is ill-defined in BTreeMap range");
1912         }
1913         match (front.force(), back.force()) {
1914             (Leaf(f), Leaf(b)) => {
1915                 return (f, b);
1916             }
1917             (Internal(min_int), Internal(max_int)) => {
1918                 min_node = min_int.descend();
1919                 max_node = max_int.descend();
1920             }
1921             _ => unreachable!("BTreeMap has different depths"),
1922         };
1923     }
1924 }
1925
1926 impl<K, V> BTreeMap<K, V> {
1927     /// Gets an iterator over the entries of the map, sorted by key.
1928     ///
1929     /// # Examples
1930     ///
1931     /// Basic usage:
1932     ///
1933     /// ```
1934     /// use std::collections::BTreeMap;
1935     ///
1936     /// let mut map = BTreeMap::new();
1937     /// map.insert(3, "c");
1938     /// map.insert(2, "b");
1939     /// map.insert(1, "a");
1940     ///
1941     /// for (key, value) in map.iter() {
1942     ///     println!("{}: {}", key, value);
1943     /// }
1944     ///
1945     /// let (first_key, first_value) = map.iter().next().unwrap();
1946     /// assert_eq!((*first_key, *first_value), (1, "a"));
1947     /// ```
1948     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1949     pub fn iter(&self) -> Iter<'_, K, V> {
1950         Iter {
1951             range: Range {
1952                 front: self.root.as_ref().first_leaf_edge(),
1953                 back: self.root.as_ref().last_leaf_edge(),
1954             },
1955             length: self.length,
1956         }
1957     }
1958
1959     /// Gets a mutable iterator over the entries of the map, sorted by key.
1960     ///
1961     /// # Examples
1962     ///
1963     /// Basic usage:
1964     ///
1965     /// ```
1966     /// use std::collections::BTreeMap;
1967     ///
1968     /// let mut map = BTreeMap::new();
1969     /// map.insert("a", 1);
1970     /// map.insert("b", 2);
1971     /// map.insert("c", 3);
1972     ///
1973     /// // add 10 to the value if the key isn't "a"
1974     /// for (key, value) in map.iter_mut() {
1975     ///     if key != &"a" {
1976     ///         *value += 10;
1977     ///     }
1978     /// }
1979     /// ```
1980     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1981     pub fn iter_mut(&mut self) -> IterMut<'_, K, V> {
1982         let root1 = self.root.as_mut();
1983         let root2 = unsafe { ptr::read(&root1) };
1984         IterMut {
1985             range: RangeMut {
1986                 front: root1.first_leaf_edge(),
1987                 back: root2.last_leaf_edge(),
1988                 _marker: PhantomData,
1989             },
1990             length: self.length,
1991         }
1992     }
1993
1994     /// Gets an iterator over the keys of the map, in sorted order.
1995     ///
1996     /// # Examples
1997     ///
1998     /// Basic usage:
1999     ///
2000     /// ```
2001     /// use std::collections::BTreeMap;
2002     ///
2003     /// let mut a = BTreeMap::new();
2004     /// a.insert(2, "b");
2005     /// a.insert(1, "a");
2006     ///
2007     /// let keys: Vec<_> = a.keys().cloned().collect();
2008     /// assert_eq!(keys, [1, 2]);
2009     /// ```
2010     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2011     pub fn keys(&self) -> Keys<'_, K, V> {
2012         Keys { inner: self.iter() }
2013     }
2014
2015     /// Gets an iterator over the values of the map, in order by key.
2016     ///
2017     /// # Examples
2018     ///
2019     /// Basic usage:
2020     ///
2021     /// ```
2022     /// use std::collections::BTreeMap;
2023     ///
2024     /// let mut a = BTreeMap::new();
2025     /// a.insert(1, "hello");
2026     /// a.insert(2, "goodbye");
2027     ///
2028     /// let values: Vec<&str> = a.values().cloned().collect();
2029     /// assert_eq!(values, ["hello", "goodbye"]);
2030     /// ```
2031     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2032     pub fn values(&self) -> Values<'_, K, V> {
2033         Values { inner: self.iter() }
2034     }
2035
2036     /// Gets a mutable iterator over the values of the map, in order by key.
2037     ///
2038     /// # Examples
2039     ///
2040     /// Basic usage:
2041     ///
2042     /// ```
2043     /// use std::collections::BTreeMap;
2044     ///
2045     /// let mut a = BTreeMap::new();
2046     /// a.insert(1, String::from("hello"));
2047     /// a.insert(2, String::from("goodbye"));
2048     ///
2049     /// for value in a.values_mut() {
2050     ///     value.push_str("!");
2051     /// }
2052     ///
2053     /// let values: Vec<String> = a.values().cloned().collect();
2054     /// assert_eq!(values, [String::from("hello!"),
2055     ///                     String::from("goodbye!")]);
2056     /// ```
2057     #[stable(feature = "map_values_mut", since = "1.10.0")]
2058     pub fn values_mut(&mut self) -> ValuesMut<'_, K, V> {
2059         ValuesMut { inner: self.iter_mut() }
2060     }
2061
2062     /// Returns the number of elements in the map.
2063     ///
2064     /// # Examples
2065     ///
2066     /// Basic usage:
2067     ///
2068     /// ```
2069     /// use std::collections::BTreeMap;
2070     ///
2071     /// let mut a = BTreeMap::new();
2072     /// assert_eq!(a.len(), 0);
2073     /// a.insert(1, "a");
2074     /// assert_eq!(a.len(), 1);
2075     /// ```
2076     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2077     pub fn len(&self) -> usize {
2078         self.length
2079     }
2080
2081     /// Returns `true` if the map contains no elements.
2082     ///
2083     /// # Examples
2084     ///
2085     /// Basic usage:
2086     ///
2087     /// ```
2088     /// use std::collections::BTreeMap;
2089     ///
2090     /// let mut a = BTreeMap::new();
2091     /// assert!(a.is_empty());
2092     /// a.insert(1, "a");
2093     /// assert!(!a.is_empty());
2094     /// ```
2095     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2096     pub fn is_empty(&self) -> bool {
2097         self.len() == 0
2098     }
2099 }
2100
2101 impl<'a, K: Ord, V> Entry<'a, K, V> {
2102     /// Ensures a value is in the entry by inserting the default if empty, and returns
2103     /// a mutable reference to the value in the entry.
2104     ///
2105     /// # Examples
2106     ///
2107     /// ```
2108     /// use std::collections::BTreeMap;
2109     ///
2110     /// let mut map: BTreeMap<&str, usize> = BTreeMap::new();
2111     /// map.entry("poneyland").or_insert(12);
2112     ///
2113     /// assert_eq!(map["poneyland"], 12);
2114     /// ```
2115     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2116     pub fn or_insert(self, default: V) -> &'a mut V {
2117         match self {
2118             Occupied(entry) => entry.into_mut(),
2119             Vacant(entry) => entry.insert(default),
2120         }
2121     }
2122
2123     /// Ensures a value is in the entry by inserting the result of the default function if empty,
2124     /// and returns a mutable reference to the value in the entry.
2125     ///
2126     /// # Examples
2127     ///
2128     /// ```
2129     /// use std::collections::BTreeMap;
2130     ///
2131     /// let mut map: BTreeMap<&str, String> = BTreeMap::new();
2132     /// let s = "hoho".to_string();
2133     ///
2134     /// map.entry("poneyland").or_insert_with(|| s);
2135     ///
2136     /// assert_eq!(map["poneyland"], "hoho".to_string());
2137     /// ```
2138     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2139     pub fn or_insert_with<F: FnOnce() -> V>(self, default: F) -> &'a mut V {
2140         match self {
2141             Occupied(entry) => entry.into_mut(),
2142             Vacant(entry) => entry.insert(default()),
2143         }
2144     }
2145
2146     /// Returns a reference to this entry's key.
2147     ///
2148     /// # Examples
2149     ///
2150     /// ```
2151     /// use std::collections::BTreeMap;
2152     ///
2153     /// let mut map: BTreeMap<&str, usize> = BTreeMap::new();
2154     /// assert_eq!(map.entry("poneyland").key(), &"poneyland");
2155     /// ```
2156     #[stable(feature = "map_entry_keys", since = "1.10.0")]
2157     pub fn key(&self) -> &K {
2158         match *self {
2159             Occupied(ref entry) => entry.key(),
2160             Vacant(ref entry) => entry.key(),
2161         }
2162     }
2163
2164     /// Provides in-place mutable access to an occupied entry before any
2165     /// potential inserts into the map.
2166     ///
2167     /// # Examples
2168     ///
2169     /// ```
2170     /// use std::collections::BTreeMap;
2171     ///
2172     /// let mut map: BTreeMap<&str, usize> = BTreeMap::new();
2173     ///
2174     /// map.entry("poneyland")
2175     ///    .and_modify(|e| { *e += 1 })
2176     ///    .or_insert(42);
2177     /// assert_eq!(map["poneyland"], 42);
2178     ///
2179     /// map.entry("poneyland")
2180     ///    .and_modify(|e| { *e += 1 })
2181     ///    .or_insert(42);
2182     /// assert_eq!(map["poneyland"], 43);
2183     /// ```
2184     #[stable(feature = "entry_and_modify", since = "1.26.0")]
2185     pub fn and_modify<F>(self, f: F) -> Self
2186     where
2187         F: FnOnce(&mut V),
2188     {
2189         match self {
2190             Occupied(mut entry) => {
2191                 f(entry.get_mut());
2192                 Occupied(entry)
2193             }
2194             Vacant(entry) => Vacant(entry),
2195         }
2196     }
2197 }
2198
2199 impl<'a, K: Ord, V: Default> Entry<'a, K, V> {
2200     #[stable(feature = "entry_or_default", since = "1.28.0")]
2201     /// Ensures a value is in the entry by inserting the default value if empty,
2202     /// and returns a mutable reference to the value in the entry.
2203     ///
2204     /// # Examples
2205     ///
2206     /// ```
2207     /// use std::collections::BTreeMap;
2208     ///
2209     /// let mut map: BTreeMap<&str, Option<usize>> = BTreeMap::new();
2210     /// map.entry("poneyland").or_default();
2211     ///
2212     /// assert_eq!(map["poneyland"], None);
2213     /// ```
2214     pub fn or_default(self) -> &'a mut V {
2215         match self {
2216             Occupied(entry) => entry.into_mut(),
2217             Vacant(entry) => entry.insert(Default::default()),
2218         }
2219     }
2220 }
2221
2222 impl<'a, K: Ord, V> VacantEntry<'a, K, V> {
2223     /// Gets a reference to the key that would be used when inserting a value
2224     /// through the VacantEntry.
2225     ///
2226     /// # Examples
2227     ///
2228     /// ```
2229     /// use std::collections::BTreeMap;
2230     ///
2231     /// let mut map: BTreeMap<&str, usize> = BTreeMap::new();
2232     /// assert_eq!(map.entry("poneyland").key(), &"poneyland");
2233     /// ```
2234     #[stable(feature = "map_entry_keys", since = "1.10.0")]
2235     pub fn key(&self) -> &K {
2236         &self.key
2237     }
2238
2239     /// Take ownership of the key.
2240     ///
2241     /// # Examples
2242     ///
2243     /// ```
2244     /// use std::collections::BTreeMap;
2245     /// use std::collections::btree_map::Entry;
2246     ///
2247     /// let mut map: BTreeMap<&str, usize> = BTreeMap::new();
2248     ///
2249     /// if let Entry::Vacant(v) = map.entry("poneyland") {
2250     ///     v.into_key();
2251     /// }
2252     /// ```
2253     #[stable(feature = "map_entry_recover_keys2", since = "1.12.0")]
2254     pub fn into_key(self) -> K {
2255         self.key
2256     }
2257
2258     /// Sets the value of the entry with the `VacantEntry`'s key,
2259     /// and returns a mutable reference to it.
2260     ///
2261     /// # Examples
2262     ///
2263     /// ```
2264     /// use std::collections::BTreeMap;
2265     ///
2266     /// let mut count: BTreeMap<&str, usize> = BTreeMap::new();
2267     ///
2268     /// // count the number of occurrences of letters in the vec
2269     /// for x in vec!["a","b","a","c","a","b"] {
2270     ///     *count.entry(x).or_insert(0) += 1;
2271     /// }
2272     ///
2273     /// assert_eq!(count["a"], 3);
2274     /// ```
2275     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2276     pub fn insert(self, value: V) -> &'a mut V {
2277         *self.length += 1;
2278
2279         let out_ptr;
2280
2281         let mut ins_k;
2282         let mut ins_v;
2283         let mut ins_edge;
2284
2285         let mut cur_parent = match self.handle.insert(self.key, value) {
2286             (Fit(handle), _) => return handle.into_kv_mut().1,
2287             (Split(left, k, v, right), ptr) => {
2288                 ins_k = k;
2289                 ins_v = v;
2290                 ins_edge = right;
2291                 out_ptr = ptr;
2292                 left.ascend().map_err(|n| n.into_root_mut())
2293             }
2294         };
2295
2296         loop {
2297             match cur_parent {
2298                 Ok(parent) => match parent.insert(ins_k, ins_v, ins_edge) {
2299                     Fit(_) => return unsafe { &mut *out_ptr },
2300                     Split(left, k, v, right) => {
2301                         ins_k = k;
2302                         ins_v = v;
2303                         ins_edge = right;
2304                         cur_parent = left.ascend().map_err(|n| n.into_root_mut());
2305                     }
2306                 },
2307                 Err(root) => {
2308                     root.push_level().push(ins_k, ins_v, ins_edge);
2309                     return unsafe { &mut *out_ptr };
2310                 }
2311             }
2312         }
2313     }
2314 }
2315
2316 impl<'a, K: Ord, V> OccupiedEntry<'a, K, V> {
2317     /// Gets a reference to the key in the entry.
2318     ///
2319     /// # Examples
2320     ///
2321     /// ```
2322     /// use std::collections::BTreeMap;
2323     ///
2324     /// let mut map: BTreeMap<&str, usize> = BTreeMap::new();
2325     /// map.entry("poneyland").or_insert(12);
2326     /// assert_eq!(map.entry("poneyland").key(), &"poneyland");
2327     /// ```
2328     #[stable(feature = "map_entry_keys", since = "1.10.0")]
2329     pub fn key(&self) -> &K {
2330         self.handle.reborrow().into_kv().0
2331     }
2332
2333     /// Take ownership of the key and value from the map.
2334     ///
2335     /// # Examples
2336     ///
2337     /// ```
2338     /// use std::collections::BTreeMap;
2339     /// use std::collections::btree_map::Entry;
2340     ///
2341     /// let mut map: BTreeMap<&str, usize> = BTreeMap::new();
2342     /// map.entry("poneyland").or_insert(12);
2343     ///
2344     /// if let Entry::Occupied(o) = map.entry("poneyland") {
2345     ///     // We delete the entry from the map.
2346     ///     o.remove_entry();
2347     /// }
2348     ///
2349     /// // If now try to get the value, it will panic:
2350     /// // println!("{}", map["poneyland"]);
2351     /// ```
2352     #[stable(feature = "map_entry_recover_keys2", since = "1.12.0")]
2353     pub fn remove_entry(self) -> (K, V) {
2354         self.remove_kv()
2355     }
2356
2357     /// Gets a reference to the value in the entry.
2358     ///
2359     /// # Examples
2360     ///
2361     /// ```
2362     /// use std::collections::BTreeMap;
2363     /// use std::collections::btree_map::Entry;
2364     ///
2365     /// let mut map: BTreeMap<&str, usize> = BTreeMap::new();
2366     /// map.entry("poneyland").or_insert(12);
2367     ///
2368     /// if let Entry::Occupied(o) = map.entry("poneyland") {
2369     ///     assert_eq!(o.get(), &12);
2370     /// }
2371     /// ```
2372     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2373     pub fn get(&self) -> &V {
2374         self.handle.reborrow().into_kv().1
2375     }
2376
2377     /// Gets a mutable reference to the value in the entry.
2378     ///
2379     /// If you need a reference to the `OccupiedEntry` that may outlive the
2380     /// destruction of the `Entry` value, see [`into_mut`].
2381     ///
2382     /// [`into_mut`]: #method.into_mut
2383     ///
2384     /// # Examples
2385     ///
2386     /// ```
2387     /// use std::collections::BTreeMap;
2388     /// use std::collections::btree_map::Entry;
2389     ///
2390     /// let mut map: BTreeMap<&str, usize> = BTreeMap::new();
2391     /// map.entry("poneyland").or_insert(12);
2392     ///
2393     /// assert_eq!(map["poneyland"], 12);
2394     /// if let Entry::Occupied(mut o) = map.entry("poneyland") {
2395     ///     *o.get_mut() += 10;
2396     ///     assert_eq!(*o.get(), 22);
2397     ///
2398     ///     // We can use the same Entry multiple times.
2399     ///     *o.get_mut() += 2;
2400     /// }
2401     /// assert_eq!(map["poneyland"], 24);
2402     /// ```
2403     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2404     pub fn get_mut(&mut self) -> &mut V {
2405         self.handle.kv_mut().1
2406     }
2407
2408     /// Converts the entry into a mutable reference to its value.
2409     ///
2410     /// If you need multiple references to the `OccupiedEntry`, see [`get_mut`].
2411     ///
2412     /// [`get_mut`]: #method.get_mut
2413     ///
2414     /// # Examples
2415     ///
2416     /// ```
2417     /// use std::collections::BTreeMap;
2418     /// use std::collections::btree_map::Entry;
2419     ///
2420     /// let mut map: BTreeMap<&str, usize> = BTreeMap::new();
2421     /// map.entry("poneyland").or_insert(12);
2422     ///
2423     /// assert_eq!(map["poneyland"], 12);
2424     /// if let Entry::Occupied(o) = map.entry("poneyland") {
2425     ///     *o.into_mut() += 10;
2426     /// }
2427     /// assert_eq!(map["poneyland"], 22);
2428     /// ```
2429     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2430     pub fn into_mut(self) -> &'a mut V {
2431         self.handle.into_kv_mut().1
2432     }
2433
2434     /// Sets the value of the entry with the `OccupiedEntry`'s key,
2435     /// and returns the entry's old value.
2436     ///
2437     /// # Examples
2438     ///
2439     /// ```
2440     /// use std::collections::BTreeMap;
2441     /// use std::collections::btree_map::Entry;
2442     ///
2443     /// let mut map: BTreeMap<&str, usize> = BTreeMap::new();
2444     /// map.entry("poneyland").or_insert(12);
2445     ///
2446     /// if let Entry::Occupied(mut o) = map.entry("poneyland") {
2447     ///     assert_eq!(o.insert(15), 12);
2448     /// }
2449     /// assert_eq!(map["poneyland"], 15);
2450     /// ```
2451     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2452     pub fn insert(&mut self, value: V) -> V {
2453         mem::replace(self.get_mut(), value)
2454     }
2455
2456     /// Takes the value of the entry out of the map, and returns it.
2457     ///
2458     /// # Examples
2459     ///
2460     /// ```
2461     /// use std::collections::BTreeMap;
2462     /// use std::collections::btree_map::Entry;
2463     ///
2464     /// let mut map: BTreeMap<&str, usize> = BTreeMap::new();
2465     /// map.entry("poneyland").or_insert(12);
2466     ///
2467     /// if let Entry::Occupied(o) = map.entry("poneyland") {
2468     ///     assert_eq!(o.remove(), 12);
2469     /// }
2470     /// // If we try to get "poneyland"'s value, it'll panic:
2471     /// // println!("{}", map["poneyland"]);
2472     /// ```
2473     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2474     pub fn remove(self) -> V {
2475         self.remove_kv().1
2476     }
2477
2478     fn remove_kv(self) -> (K, V) {
2479         *self.length -= 1;
2480
2481         let (small_leaf, old_key, old_val) = match self.handle.force() {
2482             Leaf(leaf) => {
2483                 let (hole, old_key, old_val) = leaf.remove();
2484                 (hole.into_node(), old_key, old_val)
2485             }
2486             Internal(mut internal) => {
2487                 let key_loc = internal.kv_mut().0 as *mut K;
2488                 let val_loc = internal.kv_mut().1 as *mut V;
2489
2490                 let to_remove = internal.right_edge().descend().first_leaf_edge().right_kv().ok();
2491                 let to_remove = unsafe { unwrap_unchecked(to_remove) };
2492
2493                 let (hole, key, val) = to_remove.remove();
2494
2495                 let old_key = unsafe { mem::replace(&mut *key_loc, key) };
2496                 let old_val = unsafe { mem::replace(&mut *val_loc, val) };
2497
2498                 (hole.into_node(), old_key, old_val)
2499             }
2500         };
2501
2502         // Handle underflow
2503         let mut cur_node = small_leaf.forget_type();
2504         while cur_node.len() < node::MIN_LEN {
2505             match handle_underfull_node(cur_node) {
2506                 AtRoot => break,
2507                 EmptyParent(_) => unreachable!(),
2508                 Merged(parent) => {
2509                     if parent.len() == 0 {
2510                         // We must be at the root
2511                         parent.into_root_mut().pop_level();
2512                         break;
2513                     } else {
2514                         cur_node = parent.forget_type();
2515                     }
2516                 }
2517                 Stole(_) => break,
2518             }
2519         }
2520
2521         (old_key, old_val)
2522     }
2523 }
2524
2525 enum UnderflowResult<'a, K, V> {
2526     AtRoot,
2527     EmptyParent(NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::Internal>),
2528     Merged(NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::Internal>),
2529     Stole(NodeRef<marker::Mut<'a>, K, V, marker::Internal>),
2530 }
2531
2532 fn handle_underfull_node<K, V>(
2533     node: NodeRef<marker::Mut<'_>, K, V, marker::LeafOrInternal>,
2534 ) -> UnderflowResult<'_, K, V> {
2535     let parent = if let Ok(parent) = node.ascend() {
2536         parent
2537     } else {
2538         return AtRoot;
2539     };
2540
2541     let (is_left, mut handle) = match parent.left_kv() {
2542         Ok(left) => (true, left),
2543         Err(parent) => match parent.right_kv() {
2544             Ok(right) => (false, right),
2545             Err(parent) => {
2546                 return EmptyParent(parent.into_node());
2547             }
2548         },
2549     };
2550
2551     if handle.can_merge() {
2552         Merged(handle.merge().into_node())
2553     } else {
2554         if is_left {
2555             handle.steal_left();
2556         } else {
2557             handle.steal_right();
2558         }
2559         Stole(handle.into_node())
2560     }
2561 }
2562
2563 impl<K: Ord, V, I: Iterator<Item = (K, V)>> Iterator for MergeIter<K, V, I> {
2564     type Item = (K, V);
2565
2566     fn next(&mut self) -> Option<(K, V)> {
2567         let res = match (self.left.peek(), self.right.peek()) {
2568             (Some(&(ref left_key, _)), Some(&(ref right_key, _))) => left_key.cmp(right_key),
2569             (Some(_), None) => Ordering::Less,
2570             (None, Some(_)) => Ordering::Greater,
2571             (None, None) => return None,
2572         };
2573
2574         // Check which elements comes first and only advance the corresponding iterator.
2575         // If two keys are equal, take the value from `right`.
2576         match res {
2577             Ordering::Less => self.left.next(),
2578             Ordering::Greater => self.right.next(),
2579             Ordering::Equal => {
2580                 self.left.next();
2581                 self.right.next()
2582             }
2583         }
2584     }
2585 }