]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/libcollections/btree/map.rs
auto merge of #19782 : gereeter/rust/cleanup-btree-node, r=Gankro
[rust.git] / src / libcollections / btree / map.rs
1 // Copyright 2014 The Rust Project Developers. See the COPYRIGHT
2 // file at the top-level directory of this distribution and at
3 // http://rust-lang.org/COPYRIGHT.
4 //
5 // Licensed under the Apache License, Version 2.0 <LICENSE-APACHE or
6 // http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0> or the MIT license
7 // <LICENSE-MIT or http://opensource.org/licenses/MIT>, at your
8 // option. This file may not be copied, modified, or distributed
9 // except according to those terms.
10
11 // This implementation is largely based on the high-level description and analysis of B-Trees
12 // found in *Open Data Structures* (ODS). Although our implementation does not use any of
13 // the source found in ODS, if one wishes to review the high-level design of this structure, it
14 // can be freely downloaded at http://opendatastructures.org/. Its contents are as of this
15 // writing (August 2014) freely licensed under the following Creative Commons Attribution
16 // License: [CC BY 2.5 CA](http://creativecommons.org/licenses/by/2.5/ca/).
17
18 pub use self::Entry::*;
19
20 use core::prelude::*;
21
22 use self::StackOp::*;
23 use super::node::{mod, Node, Found, GoDown};
24 use super::node::{Traversal, MutTraversal, MoveTraversal};
25 use super::node::TraversalItem::{mod, Elem, Edge};
26 use super::node::ForceResult::{Leaf, Internal};
27 use core::borrow::BorrowFrom;
28 use std::hash::{Writer, Hash};
29 use core::default::Default;
30 use core::{iter, fmt, mem};
31 use core::fmt::Show;
32
33 use ring_buf::RingBuf;
34
35 use self::Continuation::{Continue, Finished};
36
37 // FIXME(conventions): implement bounded iterators
38
39 /// A map based on a B-Tree.
40 ///
41 /// B-Trees represent a fundamental compromise between cache-efficiency and actually minimizing
42 /// the amount of work performed in a search. In theory, a binary search tree (BST) is the optimal
43 /// choice for a sorted map, as a perfectly balanced BST performs the theoretical minimum amount of
44 /// comparisons necessary to find an element (log<sub>2</sub>n). However, in practice the way this
45 /// is done is *very* inefficient for modern computer architectures. In particular, every element
46 /// is stored in its own individually heap-allocated node. This means that every single insertion
47 /// triggers a heap-allocation, and every single comparison should be a cache-miss. Since these
48 /// are both notably expensive things to do in practice, we are forced to at very least reconsider
49 /// the BST strategy.
50 ///
51 /// A B-Tree instead makes each node contain B-1 to 2B-1 elements in a contiguous array. By doing
52 /// this, we reduce the number of allocations by a factor of B, and improve cache efficiency in
53 /// searches. However, this does mean that searches will have to do *more* comparisons on average.
54 /// The precise number of comparisons depends on the node search strategy used. For optimal cache
55 /// efficiency, one could search the nodes linearly. For optimal comparisons, one could search
56 /// the node using binary search. As a compromise, one could also perform a linear search
57 /// that initially only checks every i<sup>th</sup> element for some choice of i.
58 ///
59 /// Currently, our implementation simply performs naive linear search. This provides excellent
60 /// performance on *small* nodes of elements which are cheap to compare. However in the future we
61 /// would like to further explore choosing the optimal search strategy based on the choice of B,
62 /// and possibly other factors. Using linear search, searching for a random element is expected
63 /// to take O(B log<sub>B</sub>n) comparisons, which is generally worse than a BST. In practice,
64 /// however, performance is excellent. `BTreeMap` is able to readily outperform `TreeMap` under
65 /// many workloads, and is competitive where it doesn't. BTreeMap also generally *scales* better
66 /// than TreeMap, making it more appropriate for large datasets.
67 ///
68 /// However, `TreeMap` may still be more appropriate to use in many contexts. If elements are very
69 /// large or expensive to compare, `TreeMap` may be more appropriate. It won't allocate any
70 /// more space than is needed, and will perform the minimal number of comparisons necessary.
71 /// `TreeMap` also provides much better performance stability guarantees. Generally, very few
72 /// changes need to be made to update a BST, and two updates are expected to take about the same
73 /// amount of time on roughly equal sized BSTs. However a B-Tree's performance is much more
74 /// amortized. If a node is overfull, it must be split into two nodes. If a node is underfull, it
75 /// may be merged with another. Both of these operations are relatively expensive to perform, and
76 /// it's possible to force one to occur at every single level of the tree in a single insertion or
77 /// deletion. In fact, a malicious or otherwise unlucky sequence of insertions and deletions can
78 /// force this degenerate behaviour to occur on every operation. While the total amount of work
79 /// done on each operation isn't *catastrophic*, and *is* still bounded by O(B log<sub>B</sub>n),
80 /// it is certainly much slower when it does.
81 #[deriving(Clone)]
82 pub struct BTreeMap<K, V> {
83     root: Node<K, V>,
84     length: uint,
85     depth: uint,
86     b: uint,
87 }
88
89 /// An abstract base over-which all other BTree iterators are built.
90 struct AbsEntries<T> {
91     lca: T,
92     left: RingBuf<T>,
93     right: RingBuf<T>,
94     size: uint,
95 }
96
97 /// An iterator over a BTreeMap's entries.
98 pub struct Entries<'a, K: 'a, V: 'a> {
99     inner: AbsEntries<Traversal<'a, K, V>>
100 }
101
102 /// A mutable iterator over a BTreeMap's entries.
103 pub struct MutEntries<'a, K: 'a, V: 'a> {
104     inner: AbsEntries<MutTraversal<'a, K, V>>
105 }
106
107 /// An owning iterator over a BTreeMap's entries.
108 pub struct MoveEntries<K, V> {
109     inner: AbsEntries<MoveTraversal<K, V>>
110 }
111
112 /// An iterator over a BTreeMap's keys.
113 pub type Keys<'a, K, V> =
114     iter::Map<(&'a K, &'a V), &'a K, Entries<'a, K, V>, fn((&'a K, &'a V)) -> &'a K>;
115
116 /// An iterator over a BTreeMap's values.
117 pub type Values<'a, K, V> =
118     iter::Map<(&'a K, &'a V), &'a V, Entries<'a, K, V>, fn((&'a K, &'a V)) -> &'a V>;
119
120 /// A view into a single entry in a map, which may either be vacant or occupied.
121 pub enum Entry<'a, K:'a, V:'a> {
122     /// A vacant Entry
123     Vacant(VacantEntry<'a, K, V>),
124     /// An occupied Entry
125     Occupied(OccupiedEntry<'a, K, V>),
126 }
127
128 /// A vacant Entry.
129 pub struct VacantEntry<'a, K:'a, V:'a> {
130     key: K,
131     stack: stack::SearchStack<'a, K, V, node::Edge, node::Leaf>,
132 }
133
134 /// An occupied Entry.
135 pub struct OccupiedEntry<'a, K:'a, V:'a> {
136     stack: stack::SearchStack<'a, K, V, node::KV, node::LeafOrInternal>,
137 }
138
139 impl<K: Ord, V> BTreeMap<K, V> {
140     /// Makes a new empty BTreeMap with a reasonable choice for B.
141     #[unstable = "matches collection reform specification, waiting for dust to settle"]
142     pub fn new() -> BTreeMap<K, V> {
143         //FIXME(Gankro): Tune this as a function of size_of<K/V>?
144         BTreeMap::with_b(6)
145     }
146
147     /// Makes a new empty BTreeMap with the given B.
148     ///
149     /// B cannot be less than 2.
150     pub fn with_b(b: uint) -> BTreeMap<K, V> {
151         assert!(b > 1, "B must be greater than 1");
152         BTreeMap {
153             length: 0,
154             depth: 1,
155             root: Node::make_leaf_root(b),
156             b: b,
157         }
158     }
159
160     /// Clears the map, removing all values.
161     ///
162     /// # Examples
163     ///
164     /// ```
165     /// use std::collections::BTreeMap;
166     ///
167     /// let mut a = BTreeMap::new();
168     /// a.insert(1u, "a");
169     /// a.clear();
170     /// assert!(a.is_empty());
171     /// ```
172     #[unstable = "matches collection reform specification, waiting for dust to settle"]
173     pub fn clear(&mut self) {
174         let b = self.b;
175         // avoid recursive destructors by manually traversing the tree
176         for _ in mem::replace(self, BTreeMap::with_b(b)).into_iter() {};
177     }
178
179     /// Deprecated: renamed to `get`.
180     #[deprecated = "renamed to `get`"]
181     pub fn find(&self, key: &K) -> Option<&V> {
182         self.get(key)
183     }
184
185     // Searching in a B-Tree is pretty straightforward.
186     //
187     // Start at the root. Try to find the key in the current node. If we find it, return it.
188     // If it's not in there, follow the edge *before* the smallest key larger than
189     // the search key. If no such key exists (they're *all* smaller), then just take the last
190     // edge in the node. If we're in a leaf and we don't find our key, then it's not
191     // in the tree.
192
193     /// Returns a reference to the value corresponding to the key.
194     ///
195     /// The key may be any borrowed form of the map's key type, but the ordering
196     /// on the borrowed form *must* match the ordering on the key type.
197     ///
198     /// # Examples
199     ///
200     /// ```
201     /// use std::collections::BTreeMap;
202     ///
203     /// let mut map = BTreeMap::new();
204     /// map.insert(1u, "a");
205     /// assert_eq!(map.get(&1), Some(&"a"));
206     /// assert_eq!(map.get(&2), None);
207     /// ```
208     #[unstable = "matches collection reform specification, waiting for dust to settle"]
209     pub fn get<Sized? Q>(&self, key: &Q) -> Option<&V> where Q: BorrowFrom<K> + Ord {
210         let mut cur_node = &self.root;
211         loop {
212             match Node::search(cur_node, key) {
213                 Found(handle) => return Some(handle.into_kv().1),
214                 GoDown(handle) => match handle.force() {
215                     Leaf(_) => return None,
216                     Internal(internal_handle) => {
217                         cur_node = internal_handle.into_edge();
218                         continue;
219                     }
220                 }
221             }
222         }
223     }
224
225     /// Returns true if the map contains a value for the specified key.
226     ///
227     /// The key may be any borrowed form of the map's key type, but the ordering
228     /// on the borrowed form *must* match the ordering on the key type.
229     ///
230     /// # Examples
231     ///
232     /// ```
233     /// use std::collections::BTreeMap;
234     ///
235     /// let mut map = BTreeMap::new();
236     /// map.insert(1u, "a");
237     /// assert_eq!(map.contains_key(&1), true);
238     /// assert_eq!(map.contains_key(&2), false);
239     /// ```
240     #[unstable = "matches collection reform specification, waiting for dust to settle"]
241     pub fn contains_key<Sized? Q>(&self, key: &Q) -> bool where Q: BorrowFrom<K> + Ord {
242         self.get(key).is_some()
243     }
244
245     /// Deprecated: renamed to `get_mut`.
246     #[deprecated = "renamed to `get_mut`"]
247     pub fn find_mut(&mut self, key: &K) -> Option<&mut V> {
248         self.get_mut(key)
249     }
250
251     /// Returns a mutable reference to the value corresponding to the key.
252     ///
253     /// The key may be any borrowed form of the map's key type, but the ordering
254     /// on the borrowed form *must* match the ordering on the key type.
255     ///
256     /// # Examples
257     ///
258     /// ```
259     /// use std::collections::BTreeMap;
260     ///
261     /// let mut map = BTreeMap::new();
262     /// map.insert(1u, "a");
263     /// match map.get_mut(&1) {
264     ///     Some(x) => *x = "b",
265     ///     None => (),
266     /// }
267     /// assert_eq!(map[1], "b");
268     /// ```
269     // See `get` for implementation notes, this is basically a copy-paste with mut's added
270     #[unstable = "matches collection reform specification, waiting for dust to settle"]
271     pub fn get_mut<Sized? Q>(&mut self, key: &Q) -> Option<&mut V> where Q: BorrowFrom<K> + Ord {
272         // temp_node is a Borrowck hack for having a mutable value outlive a loop iteration
273         let mut temp_node = &mut self.root;
274         loop {
275             let cur_node = temp_node;
276             match Node::search(cur_node, key) {
277                 Found(handle) => return Some(handle.into_kv_mut().1),
278                 GoDown(handle) => match handle.force() {
279                     Leaf(_) => return None,
280                     Internal(internal_handle) => {
281                         temp_node = internal_handle.into_edge_mut();
282                         continue;
283                     }
284                 }
285             }
286         }
287     }
288
289     /// Deprecated: renamed to `insert`.
290     #[deprecated = "renamed to `insert`"]
291     pub fn swap(&mut self, key: K, value: V) -> Option<V> {
292         self.insert(key, value)
293     }
294
295     // Insertion in a B-Tree is a bit complicated.
296     //
297     // First we do the same kind of search described in `find`. But we need to maintain a stack of
298     // all the nodes/edges in our search path. If we find a match for the key we're trying to
299     // insert, just swap the vals and return the old ones. However, when we bottom out in a leaf,
300     // we attempt to insert our key-value pair at the same location we would want to follow another
301     // edge.
302     //
303     // If the node has room, then this is done in the obvious way by shifting elements. However,
304     // if the node itself is full, we split node into two, and give its median key-value
305     // pair to its parent to insert the new node with. Of course, the parent may also be
306     // full, and insertion can propagate until we reach the root. If we reach the root, and
307     // it is *also* full, then we split the root and place the two nodes under a newly made root.
308     //
309     // Note that we subtly deviate from Open Data Structures in our implementation of split.
310     // ODS describes inserting into the node *regardless* of its capacity, and then
311     // splitting *afterwards* if it happens to be overfull. However, this is inefficient.
312     // Instead, we split beforehand, and then insert the key-value pair into the appropriate
313     // result node. This has two consequences:
314     //
315     // 1) While ODS produces a left node of size B-1, and a right node of size B,
316     // we may potentially reverse this. However, this shouldn't effect the analysis.
317     //
318     // 2) While ODS may potentially return the pair we *just* inserted after
319     // the split, we will never do this. Again, this shouldn't effect the analysis.
320
321     /// Inserts a key-value pair from the map. If the key already had a value
322     /// present in the map, that value is returned. Otherwise, `None` is returned.
323     ///
324     /// # Examples
325     ///
326     /// ```
327     /// use std::collections::BTreeMap;
328     ///
329     /// let mut map = BTreeMap::new();
330     /// assert_eq!(map.insert(37u, "a"), None);
331     /// assert_eq!(map.is_empty(), false);
332     ///
333     /// map.insert(37, "b");
334     /// assert_eq!(map.insert(37, "c"), Some("b"));
335     /// assert_eq!(map[37], "c");
336     /// ```
337     #[unstable = "matches collection reform specification, waiting for dust to settle"]
338     pub fn insert(&mut self, mut key: K, mut value: V) -> Option<V> {
339         // This is a stack of rawptrs to nodes paired with indices, respectively
340         // representing the nodes and edges of our search path. We have to store rawptrs
341         // because as far as Rust is concerned, we can mutate aliased data with such a
342         // stack. It is of course correct, but what it doesn't know is that we will only
343         // be popping and using these ptrs one at a time in child-to-parent order. The alternative
344         // to doing this is to take the Nodes from their parents. This actually makes
345         // borrowck *really* happy and everything is pretty smooth. However, this creates
346         // *tons* of pointless writes, and requires us to always walk all the way back to
347         // the root after an insertion, even if we only needed to change a leaf. Therefore,
348         // we accept this potential unsafety and complexity in the name of performance.
349         //
350         // Regardless, the actual dangerous logic is completely abstracted away from BTreeMap
351         // by the stack module. All it can do is immutably read nodes, and ask the search stack
352         // to proceed down some edge by index. This makes the search logic we'll be reusing in a
353         // few different methods much neater, and of course drastically improves safety.
354         let mut stack = stack::PartialSearchStack::new(self);
355
356         loop {
357             let result = stack.with(move |pusher, node| {
358                 // Same basic logic as found in `find`, but with PartialSearchStack mediating the
359                 // actual nodes for us
360                 return match Node::search(node, &key) {
361                     Found(mut handle) => {
362                         // Perfect match, swap the values and return the old one
363                         mem::swap(handle.val_mut(), &mut value);
364                         Finished(Some(value))
365                     },
366                     GoDown(handle) => {
367                         // We need to keep searching, try to get the search stack
368                         // to go down further
369                         match handle.force() {
370                             Leaf(leaf_handle) => {
371                                 // We've reached a leaf, perform the insertion here
372                                 pusher.seal(leaf_handle).insert(key, value);
373                                 Finished(None)
374                             }
375                             Internal(internal_handle) => {
376                                 // We've found the subtree to insert this key/value pair in,
377                                 // keep searching
378                                 Continue((pusher.push(internal_handle), key, value))
379                             }
380                         }
381                     }
382                 }
383             });
384             match result {
385                 Finished(ret) => { return ret; },
386                 Continue((new_stack, renewed_key, renewed_val)) => {
387                     stack = new_stack;
388                     key = renewed_key;
389                     value = renewed_val;
390                 }
391             }
392         }
393     }
394
395     // Deletion is the most complicated operation for a B-Tree.
396     //
397     // First we do the same kind of search described in
398     // `find`. But we need to maintain a stack of all the nodes/edges in our search path.
399     // If we don't find the key, then we just return `None` and do nothing. If we do find the
400     // key, we perform two operations: remove the item, and then possibly handle underflow.
401     //
402     // # removing the item
403     //      If the node is a leaf, we just remove the item, and shift
404     //      any items after it back to fill the hole.
405     //
406     //      If the node is an internal node, we *swap* the item with the smallest item in
407     //      in its right subtree (which must reside in a leaf), and then revert to the leaf
408     //      case
409     //
410     // # handling underflow
411     //      After removing an item, there may be too few items in the node. We want nodes
412     //      to be mostly full for efficiency, although we make an exception for the root, which
413     //      may have as few as one item. If this is the case, we may first try to steal
414     //      an item from our left or right neighbour.
415     //
416     //      To steal from the left (right) neighbour,
417     //      we take the largest (smallest) item and child from it. We then swap the taken item
418     //      with the item in their mutual parent that separates them, and then insert the
419     //      parent's item and the taken child into the first (last) index of the underflowed node.
420     //
421     //      However, stealing has the possibility of underflowing our neighbour. If this is the
422     //      case, we instead *merge* with our neighbour. This of course reduces the number of
423     //      children in the parent. Therefore, we also steal the item that separates the now
424     //      merged nodes, and insert it into the merged node.
425     //
426     //      Merging may cause the parent to underflow. If this is the case, then we must repeat
427     //      the underflow handling process on the parent. If merging merges the last two children
428     //      of the root, then we replace the root with the merged node.
429
430     /// Deprecated: renamed to `remove`.
431     #[deprecated = "renamed to `remove`"]
432     pub fn pop(&mut self, key: &K) -> Option<V> {
433         self.remove(key)
434     }
435
436     /// Removes a key from the map, returning the value at the key if the key
437     /// was previously in the map.
438     ///
439     /// The key may be any borrowed form of the map's key type, but the ordering
440     /// on the borrowed form *must* match the ordering on the key type.
441     ///
442     /// # Examples
443     ///
444     /// ```
445     /// use std::collections::BTreeMap;
446     ///
447     /// let mut map = BTreeMap::new();
448     /// map.insert(1u, "a");
449     /// assert_eq!(map.remove(&1), Some("a"));
450     /// assert_eq!(map.remove(&1), None);
451     /// ```
452     #[unstable = "matches collection reform specification, waiting for dust to settle"]
453     pub fn remove<Sized? Q>(&mut self, key: &Q) -> Option<V> where Q: BorrowFrom<K> + Ord {
454         // See `swap` for a more thorough description of the stuff going on in here
455         let mut stack = stack::PartialSearchStack::new(self);
456         loop {
457             let result = stack.with(move |pusher, node| {
458                 return match Node::search(node, key) {
459                     Found(handle) => {
460                         // Perfect match. Terminate the stack here, and remove the entry
461                         Finished(Some(pusher.seal(handle).remove()))
462                     },
463                     GoDown(handle) => {
464                         // We need to keep searching, try to go down the next edge
465                         match handle.force() {
466                             // We're at a leaf; the key isn't in here
467                             Leaf(_) => Finished(None),
468                             Internal(internal_handle) => Continue(pusher.push(internal_handle))
469                         }
470                     }
471                 }
472             });
473             match result {
474                 Finished(ret) => return ret,
475                 Continue(new_stack) => stack = new_stack
476             }
477         }
478     }
479 }
480
481 /// A helper enum useful for deciding whether to continue a loop since we can't
482 /// return from a closure
483 enum Continuation<A, B> {
484     Continue(A),
485     Finished(B)
486 }
487
488 /// The stack module provides a safe interface for constructing and manipulating a stack of ptrs
489 /// to nodes. By using this module much better safety guarantees can be made, and more search
490 /// boilerplate gets cut out.
491 mod stack {
492     use core::prelude::*;
493     use core::kinds::marker;
494     use core::mem;
495     use super::BTreeMap;
496     use super::super::node::{mod, Node, Fit, Split, KV, Edge, Internal, Leaf, LeafOrInternal};
497     use vec::Vec;
498
499     /// A generic mutable reference, identical to `&mut` except for the fact that its lifetime
500     /// parameter is invariant. This means that wherever an `IdRef` is expected, only an `IdRef`
501     /// with the exact requested lifetime can be used. This is in contrast to normal references,
502     /// where `&'static` can be used in any function expecting any lifetime reference.
503     pub struct IdRef<'id, T: 'id> {
504         inner: &'id mut T,
505         marker: marker::InvariantLifetime<'id>
506     }
507
508     impl<'id, T> Deref<T> for IdRef<'id, T> {
509         fn deref(&self) -> &T {
510             &*self.inner
511         }
512     }
513
514     impl<'id, T> DerefMut<T> for IdRef<'id, T> {
515         fn deref_mut(&mut self) -> &mut T {
516             &mut *self.inner
517         }
518     }
519
520     type StackItem<K, V> = node::Handle<*mut Node<K, V>, Edge, Internal>;
521     type Stack<K, V> = Vec<StackItem<K, V>>;
522
523     /// A `PartialSearchStack` handles the construction of a search stack.
524     pub struct PartialSearchStack<'a, K:'a, V:'a> {
525         map: &'a mut BTreeMap<K, V>,
526         stack: Stack<K, V>,
527         next: *mut Node<K, V>,
528     }
529
530     /// A `SearchStack` represents a full path to an element or an edge of interest. It provides
531     /// methods depending on the type of what the path points to for removing an element, inserting
532     /// a new element, and manipulating to element at the top of the stack.
533     pub struct SearchStack<'a, K:'a, V:'a, Type, NodeType> {
534         map: &'a mut BTreeMap<K, V>,
535         stack: Stack<K, V>,
536         top: node::Handle<*mut Node<K, V>, Type, NodeType>,
537     }
538
539     /// A `PartialSearchStack` that doesn't hold a a reference to the next node, and is just
540     /// just waiting for a `Handle` to that next node to be pushed. See `PartialSearchStack::with`
541     /// for more details.
542     pub struct Pusher<'id, 'a, K:'a, V:'a> {
543         map: &'a mut BTreeMap<K, V>,
544         stack: Stack<K, V>,
545         marker: marker::InvariantLifetime<'id>
546     }
547
548     impl<'a, K, V> PartialSearchStack<'a, K, V> {
549         /// Creates a new PartialSearchStack from a BTreeMap by initializing the stack with the
550         /// root of the tree.
551         pub fn new(map: &'a mut BTreeMap<K, V>) -> PartialSearchStack<'a, K, V> {
552             let depth = map.depth;
553
554             PartialSearchStack {
555                 next: &mut map.root as *mut _,
556                 map: map,
557                 stack: Vec::with_capacity(depth),
558             }
559         }
560
561         /// Breaks up the stack into a `Pusher` and the next `Node`, allowing the given closure
562         /// to interact with, search, and finally push the `Node` onto the stack. The passed in
563         /// closure must be polymorphic on the `'id` lifetime parameter, as this statically
564         /// ensures that only `Handle`s from the correct `Node` can be pushed.
565         ///
566         /// The reason this works is that the `Pusher` has an `'id` parameter, and will only accept
567         /// handles with the same `'id`. The closure could only get references with that lifetime
568         /// through its arguments or through some other `IdRef` that it has lying around. However,
569         /// no other `IdRef` could possibly work - because the `'id` is held in an invariant
570         /// parameter, it would need to have precisely the correct lifetime, which would mean that
571         /// at least one of the calls to `with` wouldn't be properly polymorphic, wanting a
572         /// specific lifetime instead of the one that `with` chooses to give it.
573         ///
574         /// See also Haskell's `ST` monad, which uses a similar trick.
575         pub fn with<T, F: for<'id> FnOnce(Pusher<'id, 'a, K, V>,
576                                           IdRef<'id, Node<K, V>>) -> T>(self, closure: F) -> T {
577             let pusher = Pusher {
578                 map: self.map,
579                 stack: self.stack,
580                 marker: marker::InvariantLifetime
581             };
582             let node = IdRef {
583                 inner: unsafe { &mut *self.next },
584                 marker: marker::InvariantLifetime
585             };
586
587             closure(pusher, node)
588         }
589     }
590
591     impl<'id, 'a, K, V> Pusher<'id, 'a, K, V> {
592         /// Pushes the requested child of the stack's current top on top of the stack. If the child
593         /// exists, then a new PartialSearchStack is yielded. Otherwise, a VacantSearchStack is
594         /// yielded.
595         pub fn push(mut self, mut edge: node::Handle<IdRef<'id, Node<K, V>>, Edge, Internal>)
596                     -> PartialSearchStack<'a, K, V> {
597             self.stack.push(edge.as_raw());
598             PartialSearchStack {
599                 map: self.map,
600                 stack: self.stack,
601                 next: edge.edge_mut() as *mut _,
602             }
603         }
604
605         /// Converts the PartialSearchStack into a SearchStack.
606         pub fn seal<Type, NodeType>
607                    (self, mut handle: node::Handle<IdRef<'id, Node<K, V>>, Type, NodeType>)
608                     -> SearchStack<'a, K, V, Type, NodeType> {
609             SearchStack {
610                 map: self.map,
611                 stack: self.stack,
612                 top: handle.as_raw(),
613             }
614         }
615     }
616
617     impl<'a, K, V, NodeType> SearchStack<'a, K, V, KV, NodeType> {
618         /// Gets a reference to the value the stack points to.
619         pub fn peek(&self) -> &V {
620             unsafe { self.top.from_raw().into_kv().1 }
621         }
622
623         /// Gets a mutable reference to the value the stack points to.
624         pub fn peek_mut(&mut self) -> &mut V {
625             unsafe { self.top.from_raw_mut().into_kv_mut().1 }
626         }
627
628         /// Converts the stack into a mutable reference to the value it points to, with a lifetime
629         /// tied to the original tree.
630         pub fn into_top(mut self) -> &'a mut V {
631             unsafe {
632                 mem::copy_mut_lifetime(
633                     self.map,
634                     self.top.from_raw_mut().val_mut()
635                 )
636             }
637         }
638     }
639
640     impl<'a, K, V> SearchStack<'a, K, V, KV, Leaf> {
641         /// Removes the key and value in the top element of the stack, then handles underflows as
642         /// described in BTree's pop function.
643         fn remove_leaf(mut self) -> V {
644             self.map.length -= 1;
645
646             // Remove the key-value pair from the leaf that this search stack points to.
647             // Then, note if the leaf is underfull, and promptly forget the leaf and its ptr
648             // to avoid ownership issues.
649             let (value, mut underflow) = unsafe {
650                 let (_, value) = self.top.from_raw_mut().remove_as_leaf();
651                 let underflow = self.top.from_raw().node().is_underfull();
652                 (value, underflow)
653             };
654
655             loop {
656                 match self.stack.pop() {
657                     None => {
658                         // We've reached the root, so no matter what, we're done. We manually
659                         // access the root via the tree itself to avoid creating any dangling
660                         // pointers.
661                         if self.map.root.len() == 0 && !self.map.root.is_leaf() {
662                             // We've emptied out the root, so make its only child the new root.
663                             // If it's a leaf, we just let it become empty.
664                             self.map.depth -= 1;
665                             self.map.root.hoist_lone_child();
666                         }
667                         return value;
668                     }
669                     Some(mut handle) => {
670                         if underflow {
671                             // Underflow! Handle it!
672                             unsafe {
673                                 handle.from_raw_mut().handle_underflow();
674                                 underflow = handle.from_raw().node().is_underfull();
675                             }
676                         } else {
677                             // All done!
678                             return value;
679                         }
680                     }
681                 }
682             }
683         }
684     }
685
686     impl<'a, K, V> SearchStack<'a, K, V, KV, LeafOrInternal> {
687         /// Removes the key and value in the top element of the stack, then handles underflows as
688         /// described in BTree's pop function.
689         pub fn remove(self) -> V {
690             // Ensure that the search stack goes to a leaf. This is necessary to perform deletion
691             // in a BTree. Note that this may put the tree in an inconsistent state (further
692             // described in into_leaf's comments), but this is immediately fixed by the
693             // removing the value we want to remove
694             self.into_leaf().remove_leaf()
695         }
696
697         /// Subroutine for removal. Takes a search stack for a key that might terminate at an
698         /// internal node, and mutates the tree and search stack to *make* it a search stack
699         /// for that same key that *does* terminates at a leaf. If the mutation occurs, then this
700         /// leaves the tree in an inconsistent state that must be repaired by the caller by
701         /// removing the entry in question. Specifically the key-value pair and its successor will
702         /// become swapped.
703         fn into_leaf(mut self) -> SearchStack<'a, K, V, KV, Leaf> {
704             unsafe {
705                 let mut top_raw = self.top;
706                 let mut top = top_raw.from_raw_mut();
707
708                 let key_ptr = top.key_mut() as *mut _;
709                 let val_ptr = top.val_mut() as *mut _;
710
711                 // Try to go into the right subtree of the found key to find its successor
712                 match top.force() {
713                     Leaf(mut leaf_handle) => {
714                         // We're a proper leaf stack, nothing to do
715                         return SearchStack {
716                             map: self.map,
717                             stack: self.stack,
718                             top: leaf_handle.as_raw()
719                         }
720                     }
721                     Internal(mut internal_handle) => {
722                         let mut right_handle = internal_handle.right_edge();
723
724                         //We're not a proper leaf stack, let's get to work.
725                         self.stack.push(right_handle.as_raw());
726
727                         let mut temp_node = right_handle.edge_mut();
728                         loop {
729                             // Walk into the smallest subtree of this node
730                             let node = temp_node;
731
732                             match node.kv_handle(0).force() {
733                                 Leaf(mut handle) => {
734                                     // This node is a leaf, do the swap and return
735                                     mem::swap(handle.key_mut(), &mut *key_ptr);
736                                     mem::swap(handle.val_mut(), &mut *val_ptr);
737                                     return SearchStack {
738                                         map: self.map,
739                                         stack: self.stack,
740                                         top: handle.as_raw()
741                                     }
742                                 },
743                                 Internal(kv_handle) => {
744                                     // This node is internal, go deeper
745                                     let mut handle = kv_handle.into_left_edge();
746                                     self.stack.push(handle.as_raw());
747                                     temp_node = handle.into_edge_mut();
748                                 }
749                             }
750                         }
751                     }
752                 }
753             }
754         }
755     }
756
757     impl<'a, K, V> SearchStack<'a, K, V, Edge, Leaf> {
758         /// Inserts the key and value into the top element in the stack, and if that node has to
759         /// split recursively inserts the split contents into the next element stack until
760         /// splits stop.
761         ///
762         /// Assumes that the stack represents a search path from the root to a leaf.
763         ///
764         /// An &mut V is returned to the inserted value, for callers that want a reference to this.
765         pub fn insert(mut self, key: K, val: V) -> &'a mut V {
766             unsafe {
767                 self.map.length += 1;
768
769                 // Insert the key and value into the leaf at the top of the stack
770                 let (mut insertion, inserted_ptr) = self.top.from_raw_mut()
771                                                         .insert_as_leaf(key, val);
772
773                 loop {
774                     match insertion {
775                         Fit => {
776                             // The last insertion went off without a hitch, no splits! We can stop
777                             // inserting now.
778                             return &mut *inserted_ptr;
779                         }
780                         Split(key, val, right) => match self.stack.pop() {
781                             // The last insertion triggered a split, so get the next element on the
782                             // stack to recursively insert the split node into.
783                             None => {
784                                 // The stack was empty; we've split the root, and need to make a
785                                 // a new one. This is done in-place because we can't move the
786                                 // root out of a reference to the tree.
787                                 Node::make_internal_root(&mut self.map.root, self.map.b,
788                                                          key, val, right);
789
790                                 self.map.depth += 1;
791                                 return &mut *inserted_ptr;
792                             }
793                             Some(mut handle) => {
794                                 // The stack wasn't empty, do the insertion and recurse
795                                 insertion = handle.from_raw_mut()
796                                                   .insert_as_internal(key, val, right);
797                                 continue;
798                             }
799                         }
800                     }
801                 }
802             }
803         }
804     }
805 }
806
807 impl<K: Ord, V> FromIterator<(K, V)> for BTreeMap<K, V> {
808     fn from_iter<T: Iterator<(K, V)>>(iter: T) -> BTreeMap<K, V> {
809         let mut map = BTreeMap::new();
810         map.extend(iter);
811         map
812     }
813 }
814
815 impl<K: Ord, V> Extend<(K, V)> for BTreeMap<K, V> {
816     #[inline]
817     fn extend<T: Iterator<(K, V)>>(&mut self, mut iter: T) {
818         for (k, v) in iter {
819             self.insert(k, v);
820         }
821     }
822 }
823
824 impl<S: Writer, K: Hash<S>, V: Hash<S>> Hash<S> for BTreeMap<K, V> {
825     fn hash(&self, state: &mut S) {
826         for elt in self.iter() {
827             elt.hash(state);
828         }
829     }
830 }
831
832 impl<K: Ord, V> Default for BTreeMap<K, V> {
833     fn default() -> BTreeMap<K, V> {
834         BTreeMap::new()
835     }
836 }
837
838 impl<K: PartialEq, V: PartialEq> PartialEq for BTreeMap<K, V> {
839     fn eq(&self, other: &BTreeMap<K, V>) -> bool {
840         self.len() == other.len() &&
841             self.iter().zip(other.iter()).all(|(a, b)| a == b)
842     }
843 }
844
845 impl<K: Eq, V: Eq> Eq for BTreeMap<K, V> {}
846
847 impl<K: PartialOrd, V: PartialOrd> PartialOrd for BTreeMap<K, V> {
848     #[inline]
849     fn partial_cmp(&self, other: &BTreeMap<K, V>) -> Option<Ordering> {
850         iter::order::partial_cmp(self.iter(), other.iter())
851     }
852 }
853
854 impl<K: Ord, V: Ord> Ord for BTreeMap<K, V> {
855     #[inline]
856     fn cmp(&self, other: &BTreeMap<K, V>) -> Ordering {
857         iter::order::cmp(self.iter(), other.iter())
858     }
859 }
860
861 impl<K: Show, V: Show> Show for BTreeMap<K, V> {
862     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter) -> fmt::Result {
863         try!(write!(f, "{{"));
864
865         for (i, (k, v)) in self.iter().enumerate() {
866             if i != 0 { try!(write!(f, ", ")); }
867             try!(write!(f, "{}: {}", *k, *v));
868         }
869
870         write!(f, "}}")
871     }
872 }
873
874 impl<K: Ord, Sized? Q, V> Index<Q, V> for BTreeMap<K, V>
875     where Q: BorrowFrom<K> + Ord
876 {
877     fn index(&self, key: &Q) -> &V {
878         self.get(key).expect("no entry found for key")
879     }
880 }
881
882 impl<K: Ord, Sized? Q, V> IndexMut<Q, V> for BTreeMap<K, V>
883     where Q: BorrowFrom<K> + Ord
884 {
885     fn index_mut(&mut self, key: &Q) -> &mut V {
886         self.get_mut(key).expect("no entry found for key")
887     }
888 }
889
890 /// Genericises over how to get the correct type of iterator from the correct type
891 /// of Node ownership.
892 trait Traverse<N> {
893     fn traverse(node: N) -> Self;
894 }
895
896 impl<'a, K, V> Traverse<&'a Node<K, V>> for Traversal<'a, K, V> {
897     fn traverse(node: &'a Node<K, V>) -> Traversal<'a, K, V> {
898         node.iter()
899     }
900 }
901
902 impl<'a, K, V> Traverse<&'a mut Node<K, V>> for MutTraversal<'a, K, V> {
903     fn traverse(node: &'a mut Node<K, V>) -> MutTraversal<'a, K, V> {
904         node.iter_mut()
905     }
906 }
907
908 impl<K, V> Traverse<Node<K, V>> for MoveTraversal<K, V> {
909     fn traverse(node: Node<K, V>) -> MoveTraversal<K, V> {
910         node.into_iter()
911     }
912 }
913
914 /// Represents an operation to perform inside the following iterator methods.
915 /// This is necessary to use in `next` because we want to modify self.left inside
916 /// a match that borrows it. Similarly, in `next_back` for self.right. Instead, we use this
917 /// enum to note what we want to do, and do it after the match.
918 enum StackOp<T> {
919     Push(T),
920     Pop,
921 }
922
923 impl<K, V, E, T: Traverse<E> + DoubleEndedIterator<TraversalItem<K, V, E>>>
924         Iterator<(K, V)> for AbsEntries<T> {
925     // This function is pretty long, but only because there's a lot of cases to consider.
926     // Our iterator represents two search paths, left and right, to the smallest and largest
927     // elements we have yet to yield. lca represents the least common ancestor of these two paths,
928     // above-which we never walk, since everything outside it has already been consumed (or was
929     // never in the range to iterate).
930     //
931     // Note that the design of these iterators permits an *arbitrary* initial pair of min and max,
932     // making these arbitrary sub-range iterators. However the logic to construct these paths
933     // efficiently is fairly involved, so this is a FIXME. The sub-range iterators also wouldn't be
934     // able to accurately predict size, so those iterators can't implement ExactSizeIterator.
935     fn next(&mut self) -> Option<(K, V)> {
936         loop {
937             // We want the smallest element, so try to get the top of the left stack
938             let op = match self.left.back_mut() {
939                 // The left stack is empty, so try to get the next element of the two paths
940                 // LCAs (the left search path is currently a subpath of the right one)
941                 None => match self.lca.next() {
942                     // The lca has been exhausted, walk further down the right path
943                     None => match self.right.pop_front() {
944                         // The right path is exhausted, so we're done
945                         None => return None,
946                         // The right path had something, make that the new LCA
947                         // and restart the whole process
948                         Some(right) => {
949                             self.lca = right;
950                             continue;
951                         }
952                     },
953                     // The lca yielded an edge, make that the new head of the left path
954                     Some(Edge(next)) => Push(Traverse::traverse(next)),
955                     // The lca yielded an entry, so yield that
956                     Some(Elem(k, v)) => {
957                         self.size -= 1;
958                         return Some((k, v))
959                     }
960                 },
961                 // The left stack wasn't empty, so continue along the node in its head
962                 Some(iter) => match iter.next() {
963                     // The head of the left path is empty, so Pop it off and restart the process
964                     None => Pop,
965                     // The head of the left path yielded an edge, so make that the new head
966                     // of the left path
967                     Some(Edge(next)) => Push(Traverse::traverse(next)),
968                     // The head of the left path yielded entry, so yield that
969                     Some(Elem(k, v)) => {
970                         self.size -= 1;
971                         return Some((k, v))
972                     }
973                 }
974             };
975
976             // Handle any operation on the left stack as necessary
977             match op {
978                 Push(item) => { self.left.push_back(item); },
979                 Pop => { self.left.pop_back(); },
980             }
981         }
982     }
983
984     fn size_hint(&self) -> (uint, Option<uint>) {
985         (self.size, Some(self.size))
986     }
987 }
988
989 impl<K, V, E, T: Traverse<E> + DoubleEndedIterator<TraversalItem<K, V, E>>>
990         DoubleEndedIterator<(K, V)> for AbsEntries<T> {
991     // next_back is totally symmetric to next
992     fn next_back(&mut self) -> Option<(K, V)> {
993         loop {
994             let op = match self.right.back_mut() {
995                 None => match self.lca.next_back() {
996                     None => match self.left.pop_front() {
997                         None => return None,
998                         Some(left) => {
999                             self.lca = left;
1000                             continue;
1001                         }
1002                     },
1003                     Some(Edge(next)) => Push(Traverse::traverse(next)),
1004                     Some(Elem(k, v)) => {
1005                         self.size -= 1;
1006                         return Some((k, v))
1007                     }
1008                 },
1009                 Some(iter) => match iter.next_back() {
1010                     None => Pop,
1011                     Some(Edge(next)) => Push(Traverse::traverse(next)),
1012                     Some(Elem(k, v)) => {
1013                         self.size -= 1;
1014                         return Some((k, v))
1015                     }
1016                 }
1017             };
1018
1019             match op {
1020                 Push(item) => { self.right.push_back(item); },
1021                 Pop => { self.right.pop_back(); }
1022             }
1023         }
1024     }
1025 }
1026
1027 impl<'a, K, V> Iterator<(&'a K, &'a V)> for Entries<'a, K, V> {
1028     fn next(&mut self) -> Option<(&'a K, &'a V)> { self.inner.next() }
1029     fn size_hint(&self) -> (uint, Option<uint>) { self.inner.size_hint() }
1030 }
1031 impl<'a, K, V> DoubleEndedIterator<(&'a K, &'a V)> for Entries<'a, K, V> {
1032     fn next_back(&mut self) -> Option<(&'a K, &'a V)> { self.inner.next_back() }
1033 }
1034 impl<'a, K, V> ExactSizeIterator<(&'a K, &'a V)> for Entries<'a, K, V> {}
1035
1036
1037 impl<'a, K, V> Iterator<(&'a K, &'a mut V)> for MutEntries<'a, K, V> {
1038     fn next(&mut self) -> Option<(&'a K, &'a mut V)> { self.inner.next() }
1039     fn size_hint(&self) -> (uint, Option<uint>) { self.inner.size_hint() }
1040 }
1041 impl<'a, K, V> DoubleEndedIterator<(&'a K, &'a mut V)> for MutEntries<'a, K, V> {
1042     fn next_back(&mut self) -> Option<(&'a K, &'a mut V)> { self.inner.next_back() }
1043 }
1044 impl<'a, K, V> ExactSizeIterator<(&'a K, &'a mut V)> for MutEntries<'a, K, V> {}
1045
1046
1047 impl<K, V> Iterator<(K, V)> for MoveEntries<K, V> {
1048     fn next(&mut self) -> Option<(K, V)> { self.inner.next() }
1049     fn size_hint(&self) -> (uint, Option<uint>) { self.inner.size_hint() }
1050 }
1051 impl<K, V> DoubleEndedIterator<(K, V)> for MoveEntries<K, V> {
1052     fn next_back(&mut self) -> Option<(K, V)> { self.inner.next_back() }
1053 }
1054 impl<K, V> ExactSizeIterator<(K, V)> for MoveEntries<K, V> {}
1055
1056
1057
1058 impl<'a, K: Ord, V> VacantEntry<'a, K, V> {
1059     /// Sets the value of the entry with the VacantEntry's key,
1060     /// and returns a mutable reference to it.
1061     pub fn set(self, value: V) -> &'a mut V {
1062         self.stack.insert(self.key, value)
1063     }
1064 }
1065
1066 impl<'a, K: Ord, V> OccupiedEntry<'a, K, V> {
1067     /// Gets a reference to the value in the entry.
1068     pub fn get(&self) -> &V {
1069         self.stack.peek()
1070     }
1071
1072     /// Gets a mutable reference to the value in the entry.
1073     pub fn get_mut(&mut self) -> &mut V {
1074         self.stack.peek_mut()
1075     }
1076
1077     /// Converts the entry into a mutable reference to its value.
1078     pub fn into_mut(self) -> &'a mut V {
1079         self.stack.into_top()
1080     }
1081
1082     /// Sets the value of the entry with the OccupiedEntry's key,
1083     /// and returns the entry's old value.
1084     pub fn set(&mut self, mut value: V) -> V {
1085         mem::swap(self.stack.peek_mut(), &mut value);
1086         value
1087     }
1088
1089     /// Takes the value of the entry out of the map, and returns it.
1090     pub fn take(self) -> V {
1091         self.stack.remove()
1092     }
1093 }
1094
1095 impl<K, V> BTreeMap<K, V> {
1096     /// Gets an iterator over the entries of the map.
1097     ///
1098     /// # Example
1099     ///
1100     /// ```
1101     /// use std::collections::BTreeMap;
1102     ///
1103     /// let mut map = BTreeMap::new();
1104     /// map.insert(1u, "a");
1105     /// map.insert(2u, "b");
1106     /// map.insert(3u, "c");
1107     ///
1108     /// for (key, value) in map.iter() {
1109     ///     println!("{}: {}", key, value);
1110     /// }
1111     ///
1112     /// let (first_key, first_value) = map.iter().next().unwrap();
1113     /// assert_eq!((*first_key, *first_value), (1u, "a"));
1114     /// ```
1115     #[unstable = "matches collection reform specification, waiting for dust to settle"]
1116     pub fn iter<'a>(&'a self) -> Entries<'a, K, V> {
1117         let len = self.len();
1118         Entries {
1119             inner: AbsEntries {
1120                 lca: Traverse::traverse(&self.root),
1121                 left: RingBuf::new(),
1122                 right: RingBuf::new(),
1123                 size: len,
1124             }
1125         }
1126     }
1127
1128     /// Gets a mutable iterator over the entries of the map.
1129     ///
1130     /// # Examples
1131     ///
1132     /// ```
1133     /// use std::collections::BTreeMap;
1134     ///
1135     /// let mut map = BTreeMap::new();
1136     /// map.insert("a", 1u);
1137     /// map.insert("b", 2u);
1138     /// map.insert("c", 3u);
1139     ///
1140     /// // add 10 to the value if the key isn't "a"
1141     /// for (key, value) in map.iter_mut() {
1142     ///     if key != &"a" {
1143     ///         *value += 10;
1144     ///     }
1145     /// }
1146     /// ```
1147     #[unstable = "matches collection reform specification, waiting for dust to settle"]
1148     pub fn iter_mut<'a>(&'a mut self) -> MutEntries<'a, K, V> {
1149         let len = self.len();
1150         MutEntries {
1151             inner: AbsEntries {
1152                 lca: Traverse::traverse(&mut self.root),
1153                 left: RingBuf::new(),
1154                 right: RingBuf::new(),
1155                 size: len,
1156             }
1157         }
1158     }
1159
1160     /// Gets an owning iterator over the entries of the map.
1161     ///
1162     /// # Examples
1163     ///
1164     /// ```
1165     /// use std::collections::BTreeMap;
1166     ///
1167     /// let mut map = BTreeMap::new();
1168     /// map.insert(1u, "a");
1169     /// map.insert(2u, "b");
1170     /// map.insert(3u, "c");
1171     ///
1172     /// for (key, value) in map.into_iter() {
1173     ///     println!("{}: {}", key, value);
1174     /// }
1175     /// ```
1176     #[unstable = "matches collection reform specification, waiting for dust to settle"]
1177     pub fn into_iter(self) -> MoveEntries<K, V> {
1178         let len = self.len();
1179         MoveEntries {
1180             inner: AbsEntries {
1181                 lca: Traverse::traverse(self.root),
1182                 left: RingBuf::new(),
1183                 right: RingBuf::new(),
1184                 size: len,
1185             }
1186         }
1187     }
1188
1189     /// Gets an iterator over the keys of the map.
1190     ///
1191     /// # Examples
1192     ///
1193     /// ```
1194     /// use std::collections::BTreeMap;
1195     ///
1196     /// let mut a = BTreeMap::new();
1197     /// a.insert(1u, "a");
1198     /// a.insert(2u, "b");
1199     ///
1200     /// let keys: Vec<uint> = a.keys().cloned().collect();
1201     /// assert_eq!(keys, vec![1u,2,]);
1202     /// ```
1203     #[unstable = "matches collection reform specification, waiting for dust to settle"]
1204     pub fn keys<'a>(&'a self) -> Keys<'a, K, V> {
1205         fn first<A, B>((a, _): (A, B)) -> A { a }
1206
1207         self.iter().map(first)
1208     }
1209
1210     /// Gets an iterator over the values of the map.
1211     ///
1212     /// # Examples
1213     ///
1214     /// ```
1215     /// use std::collections::BTreeMap;
1216     ///
1217     /// let mut a = BTreeMap::new();
1218     /// a.insert(1u, "a");
1219     /// a.insert(2u, "b");
1220     ///
1221     /// let values: Vec<&str> = a.values().cloned().collect();
1222     /// assert_eq!(values, vec!["a","b"]);
1223     /// ```
1224     #[unstable = "matches collection reform specification, waiting for dust to settle"]
1225     pub fn values<'a>(&'a self) -> Values<'a, K, V> {
1226         fn second<A, B>((_, b): (A, B)) -> B { b }
1227
1228         self.iter().map(second)
1229     }
1230
1231     /// Return the number of elements in the map.
1232     ///
1233     /// # Examples
1234     ///
1235     /// ```
1236     /// use std::collections::BTreeMap;
1237     ///
1238     /// let mut a = BTreeMap::new();
1239     /// assert_eq!(a.len(), 0);
1240     /// a.insert(1u, "a");
1241     /// assert_eq!(a.len(), 1);
1242     /// ```
1243     #[unstable = "matches collection reform specification, waiting for dust to settle"]
1244     pub fn len(&self) -> uint { self.length }
1245
1246     /// Return true if the map contains no elements.
1247     ///
1248     /// # Examples
1249     ///
1250     /// ```
1251     /// use std::collections::BTreeMap;
1252     ///
1253     /// let mut a = BTreeMap::new();
1254     /// assert!(a.is_empty());
1255     /// a.insert(1u, "a");
1256     /// assert!(!a.is_empty());
1257     /// ```
1258     #[unstable = "matches collection reform specification, waiting for dust to settle"]
1259     pub fn is_empty(&self) -> bool { self.len() == 0 }
1260 }
1261
1262 impl<K: Ord, V> BTreeMap<K, V> {
1263     /// Gets the given key's corresponding entry in the map for in-place manipulation.
1264     pub fn entry<'a>(&'a mut self, mut key: K) -> Entry<'a, K, V> {
1265         // same basic logic of `swap` and `pop`, blended together
1266         let mut stack = stack::PartialSearchStack::new(self);
1267         loop {
1268             let result = stack.with(move |pusher, node| {
1269                 return match Node::search(node, &key) {
1270                     Found(handle) => {
1271                         // Perfect match
1272                         Finished(Occupied(OccupiedEntry {
1273                             stack: pusher.seal(handle)
1274                         }))
1275                     },
1276                     GoDown(handle) => {
1277                         match handle.force() {
1278                             Leaf(leaf_handle) => {
1279                                 Finished(Vacant(VacantEntry {
1280                                     stack: pusher.seal(leaf_handle),
1281                                     key: key,
1282                                 }))
1283                             },
1284                             Internal(internal_handle) => {
1285                                 Continue((
1286                                     pusher.push(internal_handle),
1287                                     key
1288                                 ))
1289                             }
1290                         }
1291                     }
1292                 }
1293             });
1294             match result {
1295                 Finished(finished) => return finished,
1296                 Continue((new_stack, renewed_key)) => {
1297                     stack = new_stack;
1298                     key = renewed_key;
1299                 }
1300             }
1301         }
1302     }
1303 }
1304
1305
1306
1307
1308
1309 #[cfg(test)]
1310 mod test {
1311     use std::prelude::*;
1312
1313     use super::{BTreeMap, Occupied, Vacant};
1314
1315     #[test]
1316     fn test_basic_large() {
1317         let mut map = BTreeMap::new();
1318         let size = 10000u;
1319         assert_eq!(map.len(), 0);
1320
1321         for i in range(0, size) {
1322             assert_eq!(map.insert(i, 10*i), None);
1323             assert_eq!(map.len(), i + 1);
1324         }
1325
1326         for i in range(0, size) {
1327             assert_eq!(map.get(&i).unwrap(), &(i*10));
1328         }
1329
1330         for i in range(size, size*2) {
1331             assert_eq!(map.get(&i), None);
1332         }
1333
1334         for i in range(0, size) {
1335             assert_eq!(map.insert(i, 100*i), Some(10*i));
1336             assert_eq!(map.len(), size);
1337         }
1338
1339         for i in range(0, size) {
1340             assert_eq!(map.get(&i).unwrap(), &(i*100));
1341         }
1342
1343         for i in range(0, size/2) {
1344             assert_eq!(map.remove(&(i*2)), Some(i*200));
1345             assert_eq!(map.len(), size - i - 1);
1346         }
1347
1348         for i in range(0, size/2) {
1349             assert_eq!(map.get(&(2*i)), None);
1350             assert_eq!(map.get(&(2*i+1)).unwrap(), &(i*200 + 100));
1351         }
1352
1353         for i in range(0, size/2) {
1354             assert_eq!(map.remove(&(2*i)), None);
1355             assert_eq!(map.remove(&(2*i+1)), Some(i*200 + 100));
1356             assert_eq!(map.len(), size/2 - i - 1);
1357         }
1358     }
1359
1360     #[test]
1361     fn test_basic_small() {
1362         let mut map = BTreeMap::new();
1363         assert_eq!(map.remove(&1), None);
1364         assert_eq!(map.get(&1), None);
1365         assert_eq!(map.insert(1u, 1u), None);
1366         assert_eq!(map.get(&1), Some(&1));
1367         assert_eq!(map.insert(1, 2), Some(1));
1368         assert_eq!(map.get(&1), Some(&2));
1369         assert_eq!(map.insert(2, 4), None);
1370         assert_eq!(map.get(&2), Some(&4));
1371         assert_eq!(map.remove(&1), Some(2));
1372         assert_eq!(map.remove(&2), Some(4));
1373         assert_eq!(map.remove(&1), None);
1374     }
1375
1376     #[test]
1377     fn test_iter() {
1378         let size = 10000u;
1379
1380         // Forwards
1381         let mut map: BTreeMap<uint, uint> = Vec::from_fn(size, |i| (i, i)).into_iter().collect();
1382
1383         {
1384             let mut iter = map.iter();
1385             for i in range(0, size) {
1386                 assert_eq!(iter.size_hint(), (size - i, Some(size - i)));
1387                 assert_eq!(iter.next().unwrap(), (&i, &i));
1388             }
1389             assert_eq!(iter.size_hint(), (0, Some(0)));
1390             assert_eq!(iter.next(), None);
1391         }
1392
1393         {
1394             let mut iter = map.iter_mut();
1395             for i in range(0, size) {
1396                 assert_eq!(iter.size_hint(), (size - i, Some(size - i)));
1397                 assert_eq!(iter.next().unwrap(), (&i, &mut (i + 0)));
1398             }
1399             assert_eq!(iter.size_hint(), (0, Some(0)));
1400             assert_eq!(iter.next(), None);
1401         }
1402
1403         {
1404             let mut iter = map.into_iter();
1405             for i in range(0, size) {
1406                 assert_eq!(iter.size_hint(), (size - i, Some(size - i)));
1407                 assert_eq!(iter.next().unwrap(), (i, i));
1408             }
1409             assert_eq!(iter.size_hint(), (0, Some(0)));
1410             assert_eq!(iter.next(), None);
1411         }
1412
1413     }
1414
1415     #[test]
1416     fn test_iter_rev() {
1417         let size = 10000u;
1418
1419         // Forwards
1420         let mut map: BTreeMap<uint, uint> = Vec::from_fn(size, |i| (i, i)).into_iter().collect();
1421
1422         {
1423             let mut iter = map.iter().rev();
1424             for i in range(0, size) {
1425                 assert_eq!(iter.size_hint(), (size - i, Some(size - i)));
1426                 assert_eq!(iter.next().unwrap(), (&(size - i - 1), &(size - i - 1)));
1427             }
1428             assert_eq!(iter.size_hint(), (0, Some(0)));
1429             assert_eq!(iter.next(), None);
1430         }
1431
1432         {
1433             let mut iter = map.iter_mut().rev();
1434             for i in range(0, size) {
1435                 assert_eq!(iter.size_hint(), (size - i, Some(size - i)));
1436                 assert_eq!(iter.next().unwrap(), (&(size - i - 1), &mut(size - i - 1)));
1437             }
1438             assert_eq!(iter.size_hint(), (0, Some(0)));
1439             assert_eq!(iter.next(), None);
1440         }
1441
1442         {
1443             let mut iter = map.into_iter().rev();
1444             for i in range(0, size) {
1445                 assert_eq!(iter.size_hint(), (size - i, Some(size - i)));
1446                 assert_eq!(iter.next().unwrap(), (size - i - 1, size - i - 1));
1447             }
1448             assert_eq!(iter.size_hint(), (0, Some(0)));
1449             assert_eq!(iter.next(), None);
1450         }
1451
1452     }
1453
1454     #[test]
1455     fn test_entry(){
1456         let xs = [(1i, 10i), (2, 20), (3, 30), (4, 40), (5, 50), (6, 60)];
1457
1458         let mut map: BTreeMap<int, int> = xs.iter().map(|&x| x).collect();
1459
1460         // Existing key (insert)
1461         match map.entry(1) {
1462             Vacant(_) => unreachable!(),
1463             Occupied(mut view) => {
1464                 assert_eq!(view.get(), &10);
1465                 assert_eq!(view.set(100), 10);
1466             }
1467         }
1468         assert_eq!(map.get(&1).unwrap(), &100);
1469         assert_eq!(map.len(), 6);
1470
1471
1472         // Existing key (update)
1473         match map.entry(2) {
1474             Vacant(_) => unreachable!(),
1475             Occupied(mut view) => {
1476                 let v = view.get_mut();
1477                 *v *= 10;
1478             }
1479         }
1480         assert_eq!(map.get(&2).unwrap(), &200);
1481         assert_eq!(map.len(), 6);
1482
1483         // Existing key (take)
1484         match map.entry(3) {
1485             Vacant(_) => unreachable!(),
1486             Occupied(view) => {
1487                 assert_eq!(view.take(), 30);
1488             }
1489         }
1490         assert_eq!(map.get(&3), None);
1491         assert_eq!(map.len(), 5);
1492
1493
1494         // Inexistent key (insert)
1495         match map.entry(10) {
1496             Occupied(_) => unreachable!(),
1497             Vacant(view) => {
1498                 assert_eq!(*view.set(1000), 1000);
1499             }
1500         }
1501         assert_eq!(map.get(&10).unwrap(), &1000);
1502         assert_eq!(map.len(), 6);
1503     }
1504 }
1505
1506
1507
1508
1509
1510
1511 #[cfg(test)]
1512 mod bench {
1513     use std::prelude::*;
1514     use std::rand::{weak_rng, Rng};
1515     use test::{Bencher, black_box};
1516
1517     use super::BTreeMap;
1518     use bench::{insert_rand_n, insert_seq_n, find_rand_n, find_seq_n};
1519
1520     #[bench]
1521     pub fn insert_rand_100(b: &mut Bencher) {
1522         let mut m : BTreeMap<uint,uint> = BTreeMap::new();
1523         insert_rand_n(100, &mut m, b,
1524                       |m, i| { m.insert(i, 1); },
1525                       |m, i| { m.remove(&i); });
1526     }
1527
1528     #[bench]
1529     pub fn insert_rand_10_000(b: &mut Bencher) {
1530         let mut m : BTreeMap<uint,uint> = BTreeMap::new();
1531         insert_rand_n(10_000, &mut m, b,
1532                       |m, i| { m.insert(i, 1); },
1533                       |m, i| { m.remove(&i); });
1534     }
1535
1536     // Insert seq
1537     #[bench]
1538     pub fn insert_seq_100(b: &mut Bencher) {
1539         let mut m : BTreeMap<uint,uint> = BTreeMap::new();
1540         insert_seq_n(100, &mut m, b,
1541                      |m, i| { m.insert(i, 1); },
1542                      |m, i| { m.remove(&i); });
1543     }
1544
1545     #[bench]
1546     pub fn insert_seq_10_000(b: &mut Bencher) {
1547         let mut m : BTreeMap<uint,uint> = BTreeMap::new();
1548         insert_seq_n(10_000, &mut m, b,
1549                      |m, i| { m.insert(i, 1); },
1550                      |m, i| { m.remove(&i); });
1551     }
1552
1553     // Find rand
1554     #[bench]
1555     pub fn find_rand_100(b: &mut Bencher) {
1556         let mut m : BTreeMap<uint,uint> = BTreeMap::new();
1557         find_rand_n(100, &mut m, b,
1558                     |m, i| { m.insert(i, 1); },
1559                     |m, i| { m.get(&i); });
1560     }
1561
1562     #[bench]
1563     pub fn find_rand_10_000(b: &mut Bencher) {
1564         let mut m : BTreeMap<uint,uint> = BTreeMap::new();
1565         find_rand_n(10_000, &mut m, b,
1566                     |m, i| { m.insert(i, 1); },
1567                     |m, i| { m.get(&i); });
1568     }
1569
1570     // Find seq
1571     #[bench]
1572     pub fn find_seq_100(b: &mut Bencher) {
1573         let mut m : BTreeMap<uint,uint> = BTreeMap::new();
1574         find_seq_n(100, &mut m, b,
1575                    |m, i| { m.insert(i, 1); },
1576                    |m, i| { m.get(&i); });
1577     }
1578
1579     #[bench]
1580     pub fn find_seq_10_000(b: &mut Bencher) {
1581         let mut m : BTreeMap<uint,uint> = BTreeMap::new();
1582         find_seq_n(10_000, &mut m, b,
1583                    |m, i| { m.insert(i, 1); },
1584                    |m, i| { m.get(&i); });
1585     }
1586
1587     fn bench_iter(b: &mut Bencher, size: uint) {
1588         let mut map = BTreeMap::<uint, uint>::new();
1589         let mut rng = weak_rng();
1590
1591         for _ in range(0, size) {
1592             map.insert(rng.gen(), rng.gen());
1593         }
1594
1595         b.iter(|| {
1596             for entry in map.iter() {
1597                 black_box(entry);
1598             }
1599         });
1600     }
1601
1602     #[bench]
1603     pub fn iter_20(b: &mut Bencher) {
1604         bench_iter(b, 20);
1605     }
1606
1607     #[bench]
1608     pub fn iter_1000(b: &mut Bencher) {
1609         bench_iter(b, 1000);
1610     }
1611
1612     #[bench]
1613     pub fn iter_100000(b: &mut Bencher) {
1614         bench_iter(b, 100000);
1615     }
1616 }