]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/libcollections/btree/map.rs
Rollup merge of #27345 - killercup:patch-15, r=alexcrichton
[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 use self::Entry::*;
19
20 use core::prelude::*;
21
22 use core::cmp::Ordering;
23 use core::fmt::Debug;
24 use core::hash::{Hash, Hasher};
25 use core::iter::{Map, FromIterator};
26 use core::ops::Index;
27 use core::{iter, fmt, mem, usize};
28 use Bound::{self, Included, Excluded, Unbounded};
29
30 use borrow::Borrow;
31 use vec_deque::VecDeque;
32
33 use self::Continuation::{Continue, Finished};
34 use self::StackOp::*;
35 use super::node::ForceResult::{Leaf, Internal};
36 use super::node::TraversalItem::{self, Elem, Edge};
37 use super::node::{Traversal, MutTraversal, MoveTraversal};
38 use super::node::{self, Node, Found, GoDown};
39
40 /// A map based on a B-Tree.
41 ///
42 /// B-Trees represent a fundamental compromise between cache-efficiency and actually minimizing
43 /// the amount of work performed in a search. In theory, a binary search tree (BST) is the optimal
44 /// choice for a sorted map, as a perfectly balanced BST performs the theoretical minimum amount of
45 /// comparisons necessary to find an element (log<sub>2</sub>n). However, in practice the way this
46 /// is done is *very* inefficient for modern computer architectures. In particular, every element
47 /// is stored in its own individually heap-allocated node. This means that every single insertion
48 /// triggers a heap-allocation, and every single comparison should be a cache-miss. Since these
49 /// are both notably expensive things to do in practice, we are forced to at very least reconsider
50 /// the BST strategy.
51 ///
52 /// A B-Tree instead makes each node contain B-1 to 2B-1 elements in a contiguous array. By doing
53 /// this, we reduce the number of allocations by a factor of B, and improve cache efficiency in
54 /// searches. However, this does mean that searches will have to do *more* comparisons on average.
55 /// The precise number of comparisons depends on the node search strategy used. For optimal cache
56 /// efficiency, one could search the nodes linearly. For optimal comparisons, one could search
57 /// the node using binary search. As a compromise, one could also perform a linear search
58 /// that initially only checks every i<sup>th</sup> element for some choice of i.
59 ///
60 /// Currently, our implementation simply performs naive linear search. This provides excellent
61 /// performance on *small* nodes of elements which are cheap to compare. However in the future we
62 /// would like to further explore choosing the optimal search strategy based on the choice of B,
63 /// and possibly other factors. Using linear search, searching for a random element is expected
64 /// to take O(B log<sub>B</sub>n) comparisons, which is generally worse than a BST. In practice,
65 /// however, performance is excellent.
66 ///
67 /// It is a logic error for a key to be modified in such a way that the key's ordering relative to
68 /// any other key, as determined by the `Ord` trait, changes while it is in the map. This is
69 /// normally only possible through `Cell`, `RefCell`, global state, I/O, or unsafe code.
70 #[derive(Clone)]
71 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
72 pub struct BTreeMap<K, V> {
73     root: Node<K, V>,
74     length: usize,
75     depth: usize,
76     b: usize,
77 }
78
79 /// An abstract base over-which all other BTree iterators are built.
80 #[derive(Clone)]
81 struct AbsIter<T> {
82     traversals: VecDeque<T>,
83     size: usize,
84 }
85
86 /// An iterator over a BTreeMap's entries.
87 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
88 pub struct Iter<'a, K: 'a, V: 'a> {
89     inner: AbsIter<Traversal<'a, K, V>>
90 }
91
92 /// A mutable iterator over a BTreeMap's entries.
93 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
94 pub struct IterMut<'a, K: 'a, V: 'a> {
95     inner: AbsIter<MutTraversal<'a, K, V>>
96 }
97
98 /// An owning iterator over a BTreeMap's entries.
99 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
100 pub struct IntoIter<K, V> {
101     inner: AbsIter<MoveTraversal<K, V>>
102 }
103
104 /// An iterator over a BTreeMap's keys.
105 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
106 pub struct Keys<'a, K: 'a, V: 'a> {
107     inner: Map<Iter<'a, K, V>, fn((&'a K, &'a V)) -> &'a K>
108 }
109
110 /// An iterator over a BTreeMap's values.
111 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
112 pub struct Values<'a, K: 'a, V: 'a> {
113     inner: Map<Iter<'a, K, V>, fn((&'a K, &'a V)) -> &'a V>
114 }
115
116 /// An iterator over a sub-range of BTreeMap's entries.
117 pub struct Range<'a, K: 'a, V: 'a> {
118     inner: AbsIter<Traversal<'a, K, V>>
119 }
120
121 /// A mutable iterator over a sub-range of BTreeMap's entries.
122 pub struct RangeMut<'a, K: 'a, V: 'a> {
123     inner: AbsIter<MutTraversal<'a, K, V>>
124 }
125
126 /// A view into a single entry in a map, which may either be vacant or occupied.
127 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
128 pub enum Entry<'a, K:'a, V:'a> {
129     /// A vacant Entry
130     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
131     Vacant(VacantEntry<'a, K, V>),
132
133     /// An occupied Entry
134     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
135     Occupied(OccupiedEntry<'a, K, V>),
136 }
137
138 /// A vacant Entry.
139 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
140 pub struct VacantEntry<'a, K:'a, V:'a> {
141     key: K,
142     stack: stack::SearchStack<'a, K, V, node::handle::Edge, node::handle::Leaf>,
143 }
144
145 /// An occupied Entry.
146 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
147 pub struct OccupiedEntry<'a, K:'a, V:'a> {
148     stack: stack::SearchStack<'a, K, V, node::handle::KV, node::handle::LeafOrInternal>,
149 }
150
151 impl<K: Ord, V> BTreeMap<K, V> {
152     /// Makes a new empty BTreeMap with a reasonable choice for B.
153     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
154     pub fn new() -> BTreeMap<K, V> {
155         //FIXME(Gankro): Tune this as a function of size_of<K/V>?
156         BTreeMap::with_b(6)
157     }
158
159     /// Makes a new empty BTreeMap with the given B.
160     ///
161     /// B cannot be less than 2.
162     pub fn with_b(b: usize) -> BTreeMap<K, V> {
163         assert!(b > 1, "B must be greater than 1");
164         BTreeMap {
165             length: 0,
166             depth: 1,
167             root: Node::make_leaf_root(b),
168             b: b,
169         }
170     }
171
172     /// Clears the map, removing all values.
173     ///
174     /// # Examples
175     ///
176     /// ```
177     /// use std::collections::BTreeMap;
178     ///
179     /// let mut a = BTreeMap::new();
180     /// a.insert(1, "a");
181     /// a.clear();
182     /// assert!(a.is_empty());
183     /// ```
184     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
185     pub fn clear(&mut self) {
186         let b = self.b;
187         // avoid recursive destructors by manually traversing the tree
188         for _ in mem::replace(self, BTreeMap::with_b(b)) {};
189     }
190
191     // Searching in a B-Tree is pretty straightforward.
192     //
193     // Start at the root. Try to find the key in the current node. If we find it, return it.
194     // If it's not in there, follow the edge *before* the smallest key larger than
195     // the search key. If no such key exists (they're *all* smaller), then just take the last
196     // edge in the node. If we're in a leaf and we don't find our key, then it's not
197     // in the tree.
198
199     /// Returns a reference to the value corresponding to the key.
200     ///
201     /// The key may be any borrowed form of the map's key type, but the ordering
202     /// on the borrowed form *must* match the ordering on the key type.
203     ///
204     /// # Examples
205     ///
206     /// ```
207     /// use std::collections::BTreeMap;
208     ///
209     /// let mut map = BTreeMap::new();
210     /// map.insert(1, "a");
211     /// assert_eq!(map.get(&1), Some(&"a"));
212     /// assert_eq!(map.get(&2), None);
213     /// ```
214     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
215     pub fn get<Q: ?Sized>(&self, key: &Q) -> Option<&V> where K: Borrow<Q>, Q: Ord {
216         let mut cur_node = &self.root;
217         loop {
218             match Node::search(cur_node, key) {
219                 Found(handle) => return Some(handle.into_kv().1),
220                 GoDown(handle) => match handle.force() {
221                     Leaf(_) => return None,
222                     Internal(internal_handle) => {
223                         cur_node = internal_handle.into_edge();
224                         continue;
225                     }
226                 }
227             }
228         }
229     }
230
231     /// Returns true if the map contains a value for the specified key.
232     ///
233     /// The key may be any borrowed form of the map's key type, but the ordering
234     /// on the borrowed form *must* match the ordering on the key type.
235     ///
236     /// # Examples
237     ///
238     /// ```
239     /// use std::collections::BTreeMap;
240     ///
241     /// let mut map = BTreeMap::new();
242     /// map.insert(1, "a");
243     /// assert_eq!(map.contains_key(&1), true);
244     /// assert_eq!(map.contains_key(&2), false);
245     /// ```
246     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
247     pub fn contains_key<Q: ?Sized>(&self, key: &Q) -> bool where K: Borrow<Q>, Q: Ord {
248         self.get(key).is_some()
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(1, "a");
263     /// if let Some(x) = map.get_mut(&1) {
264     ///     *x = "b";
265     /// }
266     /// assert_eq!(map[&1], "b");
267     /// ```
268     // See `get` for implementation notes, this is basically a copy-paste with mut's added
269     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
270     pub fn get_mut<Q: ?Sized>(&mut self, key: &Q) -> Option<&mut V> where K: Borrow<Q>, Q: Ord {
271         // temp_node is a Borrowck hack for having a mutable value outlive a loop iteration
272         let mut temp_node = &mut self.root;
273         loop {
274             let cur_node = temp_node;
275             match Node::search(cur_node, key) {
276                 Found(handle) => return Some(handle.into_kv_mut().1),
277                 GoDown(handle) => match handle.force() {
278                     Leaf(_) => return None,
279                     Internal(internal_handle) => {
280                         temp_node = internal_handle.into_edge_mut();
281                         continue;
282                     }
283                 }
284             }
285         }
286     }
287
288     // Insertion in a B-Tree is a bit complicated.
289     //
290     // First we do the same kind of search described in `find`. But we need to maintain a stack of
291     // all the nodes/edges in our search path. If we find a match for the key we're trying to
292     // insert, just swap the vals and return the old ones. However, when we bottom out in a leaf,
293     // we attempt to insert our key-value pair at the same location we would want to follow another
294     // edge.
295     //
296     // If the node has room, then this is done in the obvious way by shifting elements. However,
297     // if the node itself is full, we split node into two, and give its median key-value
298     // pair to its parent to insert the new node with. Of course, the parent may also be
299     // full, and insertion can propagate until we reach the root. If we reach the root, and
300     // it is *also* full, then we split the root and place the two nodes under a newly made root.
301     //
302     // Note that we subtly deviate from Open Data Structures in our implementation of split.
303     // ODS describes inserting into the node *regardless* of its capacity, and then
304     // splitting *afterwards* if it happens to be overfull. However, this is inefficient.
305     // Instead, we split beforehand, and then insert the key-value pair into the appropriate
306     // result node. This has two consequences:
307     //
308     // 1) While ODS produces a left node of size B-1, and a right node of size B,
309     // we may potentially reverse this. However, this shouldn't effect the analysis.
310     //
311     // 2) While ODS may potentially return the pair we *just* inserted after
312     // the split, we will never do this. Again, this shouldn't effect the analysis.
313
314     /// Inserts a key-value pair into the map. If the key already had a value
315     /// present in the map, that value is returned. Otherwise, `None` is returned.
316     ///
317     /// # Examples
318     ///
319     /// ```
320     /// use std::collections::BTreeMap;
321     ///
322     /// let mut map = BTreeMap::new();
323     /// assert_eq!(map.insert(37, "a"), None);
324     /// assert_eq!(map.is_empty(), false);
325     ///
326     /// map.insert(37, "b");
327     /// assert_eq!(map.insert(37, "c"), Some("b"));
328     /// assert_eq!(map[&37], "c");
329     /// ```
330     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
331     pub fn insert(&mut self, mut key: K, mut value: V) -> Option<V> {
332         // This is a stack of rawptrs to nodes paired with indices, respectively
333         // representing the nodes and edges of our search path. We have to store rawptrs
334         // because as far as Rust is concerned, we can mutate aliased data with such a
335         // stack. It is of course correct, but what it doesn't know is that we will only
336         // be popping and using these ptrs one at a time in child-to-parent order. The alternative
337         // to doing this is to take the Nodes from their parents. This actually makes
338         // borrowck *really* happy and everything is pretty smooth. However, this creates
339         // *tons* of pointless writes, and requires us to always walk all the way back to
340         // the root after an insertion, even if we only needed to change a leaf. Therefore,
341         // we accept this potential unsafety and complexity in the name of performance.
342         //
343         // Regardless, the actual dangerous logic is completely abstracted away from BTreeMap
344         // by the stack module. All it can do is immutably read nodes, and ask the search stack
345         // to proceed down some edge by index. This makes the search logic we'll be reusing in a
346         // few different methods much neater, and of course drastically improves safety.
347         let mut stack = stack::PartialSearchStack::new(self);
348
349         loop {
350             let result = stack.with(move |pusher, node| {
351                 // Same basic logic as found in `find`, but with PartialSearchStack mediating the
352                 // actual nodes for us
353                 match Node::search(node, &key) {
354                     Found(mut handle) => {
355                         // Perfect match, swap the values and return the old one
356                         mem::swap(handle.val_mut(), &mut value);
357                         Finished(Some(value))
358                     },
359                     GoDown(handle) => {
360                         // We need to keep searching, try to get the search stack
361                         // to go down further
362                         match handle.force() {
363                             Leaf(leaf_handle) => {
364                                 // We've reached a leaf, perform the insertion here
365                                 pusher.seal(leaf_handle).insert(key, value);
366                                 Finished(None)
367                             }
368                             Internal(internal_handle) => {
369                                 // We've found the subtree to insert this key/value pair in,
370                                 // keep searching
371                                 Continue((pusher.push(internal_handle), key, value))
372                             }
373                         }
374                     }
375                 }
376             });
377             match result {
378                 Finished(ret) => return ret,
379                 Continue((new_stack, renewed_key, renewed_val)) => {
380                     stack = new_stack;
381                     key = renewed_key;
382                     value = renewed_val;
383                 }
384             }
385         }
386     }
387
388     // Deletion is the most complicated operation for a B-Tree.
389     //
390     // First we do the same kind of search described in
391     // `find`. But we need to maintain a stack of all the nodes/edges in our search path.
392     // If we don't find the key, then we just return `None` and do nothing. If we do find the
393     // key, we perform two operations: remove the item, and then possibly handle underflow.
394     //
395     // # removing the item
396     //      If the node is a leaf, we just remove the item, and shift
397     //      any items after it back to fill the hole.
398     //
399     //      If the node is an internal node, we *swap* the item with the smallest item in
400     //      in its right subtree (which must reside in a leaf), and then revert to the leaf
401     //      case
402     //
403     // # handling underflow
404     //      After removing an item, there may be too few items in the node. We want nodes
405     //      to be mostly full for efficiency, although we make an exception for the root, which
406     //      may have as few as one item. If this is the case, we may first try to steal
407     //      an item from our left or right neighbour.
408     //
409     //      To steal from the left (right) neighbour,
410     //      we take the largest (smallest) item and child from it. We then swap the taken item
411     //      with the item in their mutual parent that separates them, and then insert the
412     //      parent's item and the taken child into the first (last) index of the underflowed node.
413     //
414     //      However, stealing has the possibility of underflowing our neighbour. If this is the
415     //      case, we instead *merge* with our neighbour. This of course reduces the number of
416     //      children in the parent. Therefore, we also steal the item that separates the now
417     //      merged nodes, and insert it into the merged node.
418     //
419     //      Merging may cause the parent to underflow. If this is the case, then we must repeat
420     //      the underflow handling process on the parent. If merging merges the last two children
421     //      of the root, then we replace the root with the merged node.
422
423     /// Removes a key from the map, returning the value at the key if the key
424     /// was previously in the map.
425     ///
426     /// The key may be any borrowed form of the map's key type, but the ordering
427     /// on the borrowed form *must* match the ordering on the key type.
428     ///
429     /// # Examples
430     ///
431     /// ```
432     /// use std::collections::BTreeMap;
433     ///
434     /// let mut map = BTreeMap::new();
435     /// map.insert(1, "a");
436     /// assert_eq!(map.remove(&1), Some("a"));
437     /// assert_eq!(map.remove(&1), None);
438     /// ```
439     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
440     pub fn remove<Q: ?Sized>(&mut self, key: &Q) -> Option<V> where K: Borrow<Q>, Q: Ord {
441         // See `swap` for a more thorough description of the stuff going on in here
442         let mut stack = stack::PartialSearchStack::new(self);
443         loop {
444             let result = stack.with(move |pusher, node| {
445                 match Node::search(node, key) {
446                     Found(handle) => {
447                         // Perfect match. Terminate the stack here, and remove the entry
448                         Finished(Some(pusher.seal(handle).remove()))
449                     },
450                     GoDown(handle) => {
451                         // We need to keep searching, try to go down the next edge
452                         match handle.force() {
453                             // We're at a leaf; the key isn't in here
454                             Leaf(_) => Finished(None),
455                             Internal(internal_handle) => Continue(pusher.push(internal_handle))
456                         }
457                     }
458                 }
459             });
460             match result {
461                 Finished(ret) => return ret,
462                 Continue(new_stack) => stack = new_stack
463             }
464         }
465     }
466 }
467
468 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
469 impl<K, V> IntoIterator for BTreeMap<K, V> {
470     type Item = (K, V);
471     type IntoIter = IntoIter<K, V>;
472
473     /// Gets an owning iterator over the entries of the map.
474     ///
475     /// # Examples
476     ///
477     /// ```
478     /// use std::collections::BTreeMap;
479     ///
480     /// let mut map = BTreeMap::new();
481     /// map.insert(1, "a");
482     /// map.insert(2, "b");
483     /// map.insert(3, "c");
484     ///
485     /// for (key, value) in map.into_iter() {
486     ///     println!("{}: {}", key, value);
487     /// }
488     /// ```
489     fn into_iter(self) -> IntoIter<K, V> {
490         let len = self.len();
491         let mut lca = VecDeque::new();
492         lca.push_back(Traverse::traverse(self.root));
493         IntoIter {
494             inner: AbsIter {
495                 traversals: lca,
496                 size: len,
497             }
498         }
499     }
500 }
501
502 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
503 impl<'a, K, V> IntoIterator for &'a BTreeMap<K, V> {
504     type Item = (&'a K, &'a V);
505     type IntoIter = Iter<'a, K, V>;
506
507     fn into_iter(self) -> Iter<'a, K, V> {
508         self.iter()
509     }
510 }
511
512 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
513 impl<'a, K, V> IntoIterator for &'a mut BTreeMap<K, V> {
514     type Item = (&'a K, &'a mut V);
515     type IntoIter = IterMut<'a, K, V>;
516
517     fn into_iter(mut self) -> IterMut<'a, K, V> {
518         self.iter_mut()
519     }
520 }
521
522 /// A helper enum useful for deciding whether to continue a loop since we can't
523 /// return from a closure
524 enum Continuation<A, B> {
525     Continue(A),
526     Finished(B)
527 }
528
529 /// The stack module provides a safe interface for constructing and manipulating a stack of ptrs
530 /// to nodes. By using this module much better safety guarantees can be made, and more search
531 /// boilerplate gets cut out.
532 mod stack {
533     use core::prelude::*;
534     use core::marker;
535     use core::mem;
536     use core::ops::{Deref, DerefMut};
537     use super::BTreeMap;
538     use super::super::node::{self, Node, Fit, Split, Internal, Leaf};
539     use super::super::node::handle;
540     use vec::Vec;
541
542     struct InvariantLifetime<'id>(
543         marker::PhantomData<::core::cell::Cell<&'id ()>>);
544
545     impl<'id> InvariantLifetime<'id> {
546         fn new() -> InvariantLifetime<'id> {
547             InvariantLifetime(marker::PhantomData)
548         }
549     }
550
551     /// A generic mutable reference, identical to `&mut` except for the fact that its lifetime
552     /// parameter is invariant. This means that wherever an `IdRef` is expected, only an `IdRef`
553     /// with the exact requested lifetime can be used. This is in contrast to normal references,
554     /// where `&'static` can be used in any function expecting any lifetime reference.
555     pub struct IdRef<'id, T: 'id> {
556         inner: &'id mut T,
557         _marker: InvariantLifetime<'id>,
558     }
559
560     impl<'id, T> Deref for IdRef<'id, T> {
561         type Target = T;
562
563         fn deref(&self) -> &T {
564             &*self.inner
565         }
566     }
567
568     impl<'id, T> DerefMut for IdRef<'id, T> {
569         fn deref_mut(&mut self) -> &mut T {
570             &mut *self.inner
571         }
572     }
573
574     type StackItem<K, V> = node::Handle<*mut Node<K, V>, handle::Edge, handle::Internal>;
575     type Stack<K, V> = Vec<StackItem<K, V>>;
576
577     /// A `PartialSearchStack` handles the construction of a search stack.
578     pub struct PartialSearchStack<'a, K:'a, V:'a> {
579         map: &'a mut BTreeMap<K, V>,
580         stack: Stack<K, V>,
581         next: *mut Node<K, V>,
582     }
583
584     /// A `SearchStack` represents a full path to an element or an edge of interest. It provides
585     /// methods depending on the type of what the path points to for removing an element, inserting
586     /// a new element, and manipulating to element at the top of the stack.
587     pub struct SearchStack<'a, K:'a, V:'a, Type, NodeType> {
588         map: &'a mut BTreeMap<K, V>,
589         stack: Stack<K, V>,
590         top: node::Handle<*mut Node<K, V>, Type, NodeType>,
591     }
592
593     /// A `PartialSearchStack` that doesn't hold a a reference to the next node, and is just
594     /// just waiting for a `Handle` to that next node to be pushed. See `PartialSearchStack::with`
595     /// for more details.
596     pub struct Pusher<'id, 'a, K:'a, V:'a> {
597         map: &'a mut BTreeMap<K, V>,
598         stack: Stack<K, V>,
599         _marker: InvariantLifetime<'id>,
600     }
601
602     impl<'a, K, V> PartialSearchStack<'a, K, V> {
603         /// Creates a new PartialSearchStack from a BTreeMap by initializing the stack with the
604         /// root of the tree.
605         pub fn new(map: &'a mut BTreeMap<K, V>) -> PartialSearchStack<'a, K, V> {
606             let depth = map.depth;
607
608             PartialSearchStack {
609                 next: &mut map.root as *mut _,
610                 map: map,
611                 stack: Vec::with_capacity(depth),
612             }
613         }
614
615         /// Breaks up the stack into a `Pusher` and the next `Node`, allowing the given closure
616         /// to interact with, search, and finally push the `Node` onto the stack. The passed in
617         /// closure must be polymorphic on the `'id` lifetime parameter, as this statically
618         /// ensures that only `Handle`s from the correct `Node` can be pushed.
619         ///
620         /// The reason this works is that the `Pusher` has an `'id` parameter, and will only accept
621         /// handles with the same `'id`. The closure could only get references with that lifetime
622         /// through its arguments or through some other `IdRef` that it has lying around. However,
623         /// no other `IdRef` could possibly work - because the `'id` is held in an invariant
624         /// parameter, it would need to have precisely the correct lifetime, which would mean that
625         /// at least one of the calls to `with` wouldn't be properly polymorphic, wanting a
626         /// specific lifetime instead of the one that `with` chooses to give it.
627         ///
628         /// See also Haskell's `ST` monad, which uses a similar trick.
629         pub fn with<T, F: for<'id> FnOnce(Pusher<'id, 'a, K, V>,
630                                           IdRef<'id, Node<K, V>>) -> T>(self, closure: F) -> T {
631             let pusher = Pusher {
632                 map: self.map,
633                 stack: self.stack,
634                 _marker: InvariantLifetime::new(),
635             };
636             let node = IdRef {
637                 inner: unsafe { &mut *self.next },
638                 _marker: InvariantLifetime::new(),
639             };
640
641             closure(pusher, node)
642         }
643     }
644
645     impl<'id, 'a, K, V> Pusher<'id, 'a, K, V> {
646         /// Pushes the requested child of the stack's current top on top of the stack. If the child
647         /// exists, then a new PartialSearchStack is yielded. Otherwise, a VacantSearchStack is
648         /// yielded.
649         pub fn push(mut self, mut edge: node::Handle<IdRef<'id, Node<K, V>>,
650                                                      handle::Edge,
651                                                      handle::Internal>)
652                     -> PartialSearchStack<'a, K, V> {
653             self.stack.push(edge.as_raw());
654             PartialSearchStack {
655                 map: self.map,
656                 stack: self.stack,
657                 next: edge.edge_mut() as *mut _,
658             }
659         }
660
661         /// Converts the PartialSearchStack into a SearchStack.
662         pub fn seal<Type, NodeType>
663                    (self, mut handle: node::Handle<IdRef<'id, Node<K, V>>, Type, NodeType>)
664                     -> SearchStack<'a, K, V, Type, NodeType> {
665             SearchStack {
666                 map: self.map,
667                 stack: self.stack,
668                 top: handle.as_raw(),
669             }
670         }
671     }
672
673     impl<'a, K, V, NodeType> SearchStack<'a, K, V, handle::KV, NodeType> {
674         /// Gets a reference to the value the stack points to.
675         pub fn peek(&self) -> &V {
676             unsafe { self.top.from_raw().into_kv().1 }
677         }
678
679         /// Gets a mutable reference to the value the stack points to.
680         pub fn peek_mut(&mut self) -> &mut V {
681             unsafe { self.top.from_raw_mut().into_kv_mut().1 }
682         }
683
684         /// Converts the stack into a mutable reference to the value it points to, with a lifetime
685         /// tied to the original tree.
686         pub fn into_top(mut self) -> &'a mut V {
687             unsafe {
688                 &mut *(self.top.from_raw_mut().val_mut() as *mut V)
689             }
690         }
691     }
692
693     impl<'a, K, V> SearchStack<'a, K, V, handle::KV, handle::Leaf> {
694         /// Removes the key and value in the top element of the stack, then handles underflows as
695         /// described in BTree's pop function.
696         fn remove_leaf(mut self) -> V {
697             self.map.length -= 1;
698
699             // Remove the key-value pair from the leaf that this search stack points to.
700             // Then, note if the leaf is underfull, and promptly forget the leaf and its ptr
701             // to avoid ownership issues.
702             let (value, mut underflow) = unsafe {
703                 let (_, value) = self.top.from_raw_mut().remove_as_leaf();
704                 let underflow = self.top.from_raw().node().is_underfull();
705                 (value, underflow)
706             };
707
708             loop {
709                 match self.stack.pop() {
710                     None => {
711                         // We've reached the root, so no matter what, we're done. We manually
712                         // access the root via the tree itself to avoid creating any dangling
713                         // pointers.
714                         if self.map.root.is_empty() && !self.map.root.is_leaf() {
715                             // We've emptied out the root, so make its only child the new root.
716                             // If it's a leaf, we just let it become empty.
717                             self.map.depth -= 1;
718                             self.map.root.hoist_lone_child();
719                         }
720                         return value;
721                     }
722                     Some(mut handle) => {
723                         if underflow {
724                             // Underflow! Handle it!
725                             unsafe {
726                                 handle.from_raw_mut().handle_underflow();
727                                 underflow = handle.from_raw().node().is_underfull();
728                             }
729                         } else {
730                             // All done!
731                             return value;
732                         }
733                     }
734                 }
735             }
736         }
737     }
738
739     impl<'a, K, V> SearchStack<'a, K, V, handle::KV, handle::LeafOrInternal> {
740         /// Removes the key and value in the top element of the stack, then handles underflows as
741         /// described in BTree's pop function.
742         pub fn remove(self) -> V {
743             // Ensure that the search stack goes to a leaf. This is necessary to perform deletion
744             // in a BTree. Note that this may put the tree in an inconsistent state (further
745             // described in into_leaf's comments), but this is immediately fixed by the
746             // removing the value we want to remove
747             self.into_leaf().remove_leaf()
748         }
749
750         /// Subroutine for removal. Takes a search stack for a key that might terminate at an
751         /// internal node, and mutates the tree and search stack to *make* it a search stack
752         /// for that same key that *does* terminates at a leaf. If the mutation occurs, then this
753         /// leaves the tree in an inconsistent state that must be repaired by the caller by
754         /// removing the entry in question. Specifically the key-value pair and its successor will
755         /// become swapped.
756         fn into_leaf(mut self) -> SearchStack<'a, K, V, handle::KV, handle::Leaf> {
757             unsafe {
758                 let mut top_raw = self.top;
759                 let mut top = top_raw.from_raw_mut();
760
761                 let key_ptr = top.key_mut() as *mut _;
762                 let val_ptr = top.val_mut() as *mut _;
763
764                 // Try to go into the right subtree of the found key to find its successor
765                 match top.force() {
766                     Leaf(mut leaf_handle) => {
767                         // We're a proper leaf stack, nothing to do
768                         return SearchStack {
769                             map: self.map,
770                             stack: self.stack,
771                             top: leaf_handle.as_raw()
772                         }
773                     }
774                     Internal(mut internal_handle) => {
775                         let mut right_handle = internal_handle.right_edge();
776
777                         //We're not a proper leaf stack, let's get to work.
778                         self.stack.push(right_handle.as_raw());
779
780                         let mut temp_node = right_handle.edge_mut();
781                         loop {
782                             // Walk into the smallest subtree of this node
783                             let node = temp_node;
784
785                             match node.kv_handle(0).force() {
786                                 Leaf(mut handle) => {
787                                     // This node is a leaf, do the swap and return
788                                     mem::swap(handle.key_mut(), &mut *key_ptr);
789                                     mem::swap(handle.val_mut(), &mut *val_ptr);
790                                     return SearchStack {
791                                         map: self.map,
792                                         stack: self.stack,
793                                         top: handle.as_raw()
794                                     }
795                                 },
796                                 Internal(kv_handle) => {
797                                     // This node is internal, go deeper
798                                     let mut handle = kv_handle.into_left_edge();
799                                     self.stack.push(handle.as_raw());
800                                     temp_node = handle.into_edge_mut();
801                                 }
802                             }
803                         }
804                     }
805                 }
806             }
807         }
808     }
809
810     impl<'a, K, V> SearchStack<'a, K, V, handle::Edge, handle::Leaf> {
811         /// Inserts the key and value into the top element in the stack, and if that node has to
812         /// split recursively inserts the split contents into the next element stack until
813         /// splits stop.
814         ///
815         /// Assumes that the stack represents a search path from the root to a leaf.
816         ///
817         /// An &mut V is returned to the inserted value, for callers that want a reference to this.
818         pub fn insert(mut self, key: K, val: V) -> &'a mut V {
819             unsafe {
820                 self.map.length += 1;
821
822                 // Insert the key and value into the leaf at the top of the stack
823                 let (mut insertion, inserted_ptr) = self.top.from_raw_mut()
824                                                         .insert_as_leaf(key, val);
825
826                 loop {
827                     match insertion {
828                         Fit => {
829                             // The last insertion went off without a hitch, no splits! We can stop
830                             // inserting now.
831                             return &mut *inserted_ptr;
832                         }
833                         Split(key, val, right) => match self.stack.pop() {
834                             // The last insertion triggered a split, so get the next element on the
835                             // stack to recursively insert the split node into.
836                             None => {
837                                 // The stack was empty; we've split the root, and need to make a
838                                 // a new one. This is done in-place because we can't move the
839                                 // root out of a reference to the tree.
840                                 Node::make_internal_root(&mut self.map.root, self.map.b,
841                                                          key, val, right);
842
843                                 self.map.depth += 1;
844                                 return &mut *inserted_ptr;
845                             }
846                             Some(mut handle) => {
847                                 // The stack wasn't empty, do the insertion and recurse
848                                 insertion = handle.from_raw_mut()
849                                                   .insert_as_internal(key, val, right);
850                                 continue;
851                             }
852                         }
853                     }
854                 }
855             }
856         }
857     }
858 }
859
860 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
861 impl<K: Ord, V> FromIterator<(K, V)> for BTreeMap<K, V> {
862     fn from_iter<T: IntoIterator<Item=(K, V)>>(iter: T) -> BTreeMap<K, V> {
863         let mut map = BTreeMap::new();
864         map.extend(iter);
865         map
866     }
867 }
868
869 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
870 impl<K: Ord, V> Extend<(K, V)> for BTreeMap<K, V> {
871     #[inline]
872     fn extend<T: IntoIterator<Item=(K, V)>>(&mut self, iter: T) {
873         for (k, v) in iter {
874             self.insert(k, v);
875         }
876     }
877 }
878
879 #[stable(feature = "extend_ref", since = "1.2.0")]
880 impl<'a, K: Ord + Copy, V: Copy> Extend<(&'a K, &'a V)> for BTreeMap<K, V> {
881     fn extend<I: IntoIterator<Item=(&'a K, &'a V)>>(&mut self, iter: I) {
882         self.extend(iter.into_iter().map(|(&key, &value)| (key, value)));
883     }
884 }
885
886 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
887 impl<K: Hash, V: Hash> Hash for BTreeMap<K, V> {
888     fn hash<H: Hasher>(&self, state: &mut H) {
889         for elt in self {
890             elt.hash(state);
891         }
892     }
893 }
894
895 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
896 impl<K: Ord, V> Default for BTreeMap<K, V> {
897     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
898     fn default() -> BTreeMap<K, V> {
899         BTreeMap::new()
900     }
901 }
902
903 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
904 impl<K: PartialEq, V: PartialEq> PartialEq for BTreeMap<K, V> {
905     fn eq(&self, other: &BTreeMap<K, V>) -> bool {
906         self.len() == other.len() &&
907             self.iter().zip(other).all(|(a, b)| a == b)
908     }
909 }
910
911 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
912 impl<K: Eq, V: Eq> Eq for BTreeMap<K, V> {}
913
914 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
915 impl<K: PartialOrd, V: PartialOrd> PartialOrd for BTreeMap<K, V> {
916     #[inline]
917     fn partial_cmp(&self, other: &BTreeMap<K, V>) -> Option<Ordering> {
918         iter::order::partial_cmp(self.iter(), other.iter())
919     }
920 }
921
922 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
923 impl<K: Ord, V: Ord> Ord for BTreeMap<K, V> {
924     #[inline]
925     fn cmp(&self, other: &BTreeMap<K, V>) -> Ordering {
926         iter::order::cmp(self.iter(), other.iter())
927     }
928 }
929
930 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
931 impl<K: Debug, V: Debug> Debug for BTreeMap<K, V> {
932     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter) -> fmt::Result {
933         f.debug_map().entries(self.iter()).finish()
934     }
935 }
936
937 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
938 impl<'a, K: Ord, Q: ?Sized, V> Index<&'a Q> for BTreeMap<K, V>
939     where K: Borrow<Q>, Q: Ord
940 {
941     type Output = V;
942
943     #[inline]
944     fn index(&self, key: &Q) -> &V {
945         self.get(key).expect("no entry found for key")
946     }
947 }
948
949 /// Genericises over how to get the correct type of iterator from the correct type
950 /// of Node ownership.
951 trait Traverse<N> {
952     fn traverse(node: N) -> Self;
953 }
954
955 impl<'a, K, V> Traverse<&'a Node<K, V>> for Traversal<'a, K, V> {
956     fn traverse(node: &'a Node<K, V>) -> Traversal<'a, K, V> {
957         node.iter()
958     }
959 }
960
961 impl<'a, K, V> Traverse<&'a mut Node<K, V>> for MutTraversal<'a, K, V> {
962     fn traverse(node: &'a mut Node<K, V>) -> MutTraversal<'a, K, V> {
963         node.iter_mut()
964     }
965 }
966
967 impl<K, V> Traverse<Node<K, V>> for MoveTraversal<K, V> {
968     fn traverse(node: Node<K, V>) -> MoveTraversal<K, V> {
969         node.into_iter()
970     }
971 }
972
973 /// Represents an operation to perform inside the following iterator methods.
974 /// This is necessary to use in `next` because we want to modify `self.traversals` inside
975 /// a match that borrows it. Similarly in `next_back`. Instead, we use this enum to note
976 /// what we want to do, and do it after the match.
977 enum StackOp<T> {
978     Push(T),
979     Pop,
980 }
981 impl<K, V, E, T> Iterator for AbsIter<T> where
982     T: DoubleEndedIterator<Item=TraversalItem<K, V, E>> + Traverse<E>,
983 {
984     type Item = (K, V);
985
986     // Our iterator represents a queue of all ancestors of elements we have
987     // yet to yield, from smallest to largest.  Note that the design of these
988     // iterators permits an *arbitrary* initial pair of min and max, making
989     // these arbitrary sub-range iterators.
990     fn next(&mut self) -> Option<(K, V)> {
991         loop {
992             // We want the smallest element, so try to get the back of the queue
993             let op = match self.traversals.back_mut() {
994                 None => return None,
995                 // The queue wasn't empty, so continue along the node in its head
996                 Some(iter) => match iter.next() {
997                     // The head is empty, so Pop it off and continue the process
998                     None => Pop,
999                     // The head yielded an edge, so make that the new head
1000                     Some(Edge(next)) => Push(Traverse::traverse(next)),
1001                     // The head yielded an entry, so yield that
1002                     Some(Elem(kv)) => {
1003                         self.size -= 1;
1004                         return Some(kv)
1005                     }
1006                 }
1007             };
1008
1009             // Handle any operation as necessary, without a conflicting borrow of the queue
1010             match op {
1011                 Push(item) => { self.traversals.push_back(item); },
1012                 Pop => { self.traversals.pop_back(); },
1013             }
1014         }
1015     }
1016
1017     fn size_hint(&self) -> (usize, Option<usize>) {
1018         (self.size, Some(self.size))
1019     }
1020 }
1021
1022 impl<K, V, E, T> DoubleEndedIterator for AbsIter<T> where
1023     T: DoubleEndedIterator<Item=TraversalItem<K, V, E>> + Traverse<E>,
1024 {
1025     // next_back is totally symmetric to next
1026     #[inline]
1027     fn next_back(&mut self) -> Option<(K, V)> {
1028         loop {
1029             let op = match self.traversals.front_mut() {
1030                 None => return None,
1031                 Some(iter) => match iter.next_back() {
1032                     None => Pop,
1033                     Some(Edge(next)) => Push(Traverse::traverse(next)),
1034                     Some(Elem(kv)) => {
1035                         self.size -= 1;
1036                         return Some(kv)
1037                     }
1038                 }
1039             };
1040
1041             match op {
1042                 Push(item) => { self.traversals.push_front(item); },
1043                 Pop => { self.traversals.pop_front(); }
1044             }
1045         }
1046     }
1047 }
1048
1049 impl<'a, K, V> Clone for Iter<'a, K, V> {
1050     fn clone(&self) -> Iter<'a, K, V> { Iter { inner: self.inner.clone() } }
1051 }
1052 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1053 impl<'a, K, V> Iterator for Iter<'a, K, V> {
1054     type Item = (&'a K, &'a V);
1055
1056     fn next(&mut self) -> Option<(&'a K, &'a V)> { self.inner.next() }
1057     fn size_hint(&self) -> (usize, Option<usize>) { self.inner.size_hint() }
1058 }
1059 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1060 impl<'a, K, V> DoubleEndedIterator for Iter<'a, K, V> {
1061     fn next_back(&mut self) -> Option<(&'a K, &'a V)> { self.inner.next_back() }
1062 }
1063 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1064 impl<'a, K, V> ExactSizeIterator for Iter<'a, K, V> {}
1065
1066 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1067 impl<'a, K, V> Iterator for IterMut<'a, K, V> {
1068     type Item = (&'a K, &'a mut V);
1069
1070     fn next(&mut self) -> Option<(&'a K, &'a mut V)> { self.inner.next() }
1071     fn size_hint(&self) -> (usize, Option<usize>) { self.inner.size_hint() }
1072 }
1073 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1074 impl<'a, K, V> DoubleEndedIterator for IterMut<'a, K, V> {
1075     fn next_back(&mut self) -> Option<(&'a K, &'a mut V)> { self.inner.next_back() }
1076 }
1077 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1078 impl<'a, K, V> ExactSizeIterator for IterMut<'a, K, V> {}
1079
1080 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1081 impl<K, V> Iterator for IntoIter<K, V> {
1082     type Item = (K, V);
1083
1084     fn next(&mut self) -> Option<(K, V)> { self.inner.next() }
1085     fn size_hint(&self) -> (usize, Option<usize>) { self.inner.size_hint() }
1086 }
1087 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1088 impl<K, V> DoubleEndedIterator for IntoIter<K, V> {
1089     fn next_back(&mut self) -> Option<(K, V)> { self.inner.next_back() }
1090 }
1091 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1092 impl<K, V> ExactSizeIterator for IntoIter<K, V> {}
1093
1094 impl<'a, K, V> Clone for Keys<'a, K, V> {
1095     fn clone(&self) -> Keys<'a, K, V> { Keys { inner: self.inner.clone() } }
1096 }
1097 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1098 impl<'a, K, V> Iterator for Keys<'a, K, V> {
1099     type Item = &'a K;
1100
1101     fn next(&mut self) -> Option<(&'a K)> { self.inner.next() }
1102     fn size_hint(&self) -> (usize, Option<usize>) { self.inner.size_hint() }
1103 }
1104 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1105 impl<'a, K, V> DoubleEndedIterator for Keys<'a, K, V> {
1106     fn next_back(&mut self) -> Option<(&'a K)> { self.inner.next_back() }
1107 }
1108 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1109 impl<'a, K, V> ExactSizeIterator for Keys<'a, K, V> {}
1110
1111
1112 impl<'a, K, V> Clone for Values<'a, K, V> {
1113     fn clone(&self) -> Values<'a, K, V> { Values { inner: self.inner.clone() } }
1114 }
1115 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1116 impl<'a, K, V> Iterator for Values<'a, K, V> {
1117     type Item = &'a V;
1118
1119     fn next(&mut self) -> Option<(&'a V)> { self.inner.next() }
1120     fn size_hint(&self) -> (usize, Option<usize>) { self.inner.size_hint() }
1121 }
1122 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1123 impl<'a, K, V> DoubleEndedIterator for Values<'a, K, V> {
1124     fn next_back(&mut self) -> Option<(&'a V)> { self.inner.next_back() }
1125 }
1126 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1127 impl<'a, K, V> ExactSizeIterator for Values<'a, K, V> {}
1128
1129 impl<'a, K, V> Clone for Range<'a, K, V> {
1130     fn clone(&self) -> Range<'a, K, V> { Range { inner: self.inner.clone() } }
1131 }
1132 impl<'a, K, V> Iterator for Range<'a, K, V> {
1133     type Item = (&'a K, &'a V);
1134
1135     fn next(&mut self) -> Option<(&'a K, &'a V)> { self.inner.next() }
1136 }
1137 impl<'a, K, V> DoubleEndedIterator for Range<'a, K, V> {
1138     fn next_back(&mut self) -> Option<(&'a K, &'a V)> { self.inner.next_back() }
1139 }
1140
1141 impl<'a, K, V> Iterator for RangeMut<'a, K, V> {
1142     type Item = (&'a K, &'a mut V);
1143
1144     fn next(&mut self) -> Option<(&'a K, &'a mut V)> { self.inner.next() }
1145 }
1146 impl<'a, K, V> DoubleEndedIterator for RangeMut<'a, K, V> {
1147     fn next_back(&mut self) -> Option<(&'a K, &'a mut V)> { self.inner.next_back() }
1148 }
1149
1150 impl<'a, K: Ord, V> Entry<'a, K, V> {
1151     #[unstable(feature = "entry",
1152                reason = "will soon be replaced by or_insert")]
1153     #[deprecated(since = "1.0",
1154                 reason = "replaced with more ergonomic `or_insert` and `or_insert_with`")]
1155     /// Returns a mutable reference to the entry if occupied, or the VacantEntry if vacant
1156     pub fn get(self) -> Result<&'a mut V, VacantEntry<'a, K, V>> {
1157         match self {
1158             Occupied(entry) => Ok(entry.into_mut()),
1159             Vacant(entry) => Err(entry),
1160         }
1161     }
1162
1163     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1164     /// Ensures a value is in the entry by inserting the default if empty, and returns
1165     /// a mutable reference to the value in the entry.
1166     pub fn or_insert(self, default: V) -> &'a mut V {
1167         match self {
1168             Occupied(entry) => entry.into_mut(),
1169             Vacant(entry) => entry.insert(default),
1170         }
1171     }
1172
1173     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1174     /// Ensures a value is in the entry by inserting the result of the default function if empty,
1175     /// and returns a mutable reference to the value in the entry.
1176     pub fn or_insert_with<F: FnOnce() -> V>(self, default: F) -> &'a mut V {
1177         match self {
1178             Occupied(entry) => entry.into_mut(),
1179             Vacant(entry) => entry.insert(default()),
1180         }
1181     }
1182 }
1183
1184 impl<'a, K: Ord, V> VacantEntry<'a, K, V> {
1185     /// Sets the value of the entry with the VacantEntry's key,
1186     /// and returns a mutable reference to it.
1187     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1188     pub fn insert(self, value: V) -> &'a mut V {
1189         self.stack.insert(self.key, value)
1190     }
1191 }
1192
1193 impl<'a, K: Ord, V> OccupiedEntry<'a, K, V> {
1194     /// Gets a reference to the value in the entry.
1195     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1196     pub fn get(&self) -> &V {
1197         self.stack.peek()
1198     }
1199
1200     /// Gets a mutable reference to the value in the entry.
1201     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1202     pub fn get_mut(&mut self) -> &mut V {
1203         self.stack.peek_mut()
1204     }
1205
1206     /// Converts the entry into a mutable reference to its value.
1207     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1208     pub fn into_mut(self) -> &'a mut V {
1209         self.stack.into_top()
1210     }
1211
1212     /// Sets the value of the entry with the OccupiedEntry's key,
1213     /// and returns the entry's old value.
1214     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1215     pub fn insert(&mut self, mut value: V) -> V {
1216         mem::swap(self.stack.peek_mut(), &mut value);
1217         value
1218     }
1219
1220     /// Takes the value of the entry out of the map, and returns it.
1221     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1222     pub fn remove(self) -> V {
1223         self.stack.remove()
1224     }
1225 }
1226
1227 impl<K, V> BTreeMap<K, V> {
1228     /// Gets an iterator over the entries of the map.
1229     ///
1230     /// # Examples
1231     ///
1232     /// ```
1233     /// use std::collections::BTreeMap;
1234     ///
1235     /// let mut map = BTreeMap::new();
1236     /// map.insert(1, "a");
1237     /// map.insert(2, "b");
1238     /// map.insert(3, "c");
1239     ///
1240     /// for (key, value) in map.iter() {
1241     ///     println!("{}: {}", key, value);
1242     /// }
1243     ///
1244     /// let (first_key, first_value) = map.iter().next().unwrap();
1245     /// assert_eq!((*first_key, *first_value), (1, "a"));
1246     /// ```
1247     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1248     pub fn iter(&self) -> Iter<K, V> {
1249         let len = self.len();
1250         // NB. The initial capacity for ringbuf is large enough to avoid reallocs in many cases.
1251         let mut lca = VecDeque::new();
1252         lca.push_back(Traverse::traverse(&self.root));
1253         Iter {
1254             inner: AbsIter {
1255                 traversals: lca,
1256                 size: len,
1257             }
1258         }
1259     }
1260
1261     /// Gets a mutable iterator over the entries of the map.
1262     ///
1263     /// # Examples
1264     ///
1265     /// ```
1266     /// use std::collections::BTreeMap;
1267     ///
1268     /// let mut map = BTreeMap::new();
1269     /// map.insert("a", 1);
1270     /// map.insert("b", 2);
1271     /// map.insert("c", 3);
1272     ///
1273     /// // add 10 to the value if the key isn't "a"
1274     /// for (key, value) in map.iter_mut() {
1275     ///     if key != &"a" {
1276     ///         *value += 10;
1277     ///     }
1278     /// }
1279     /// ```
1280     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1281     pub fn iter_mut(&mut self) -> IterMut<K, V> {
1282         let len = self.len();
1283         let mut lca = VecDeque::new();
1284         lca.push_back(Traverse::traverse(&mut self.root));
1285         IterMut {
1286             inner: AbsIter {
1287                 traversals: lca,
1288                 size: len,
1289             }
1290         }
1291     }
1292
1293     /// Gets an iterator over the keys of the map.
1294     ///
1295     /// # Examples
1296     ///
1297     /// ```
1298     /// use std::collections::BTreeMap;
1299     ///
1300     /// let mut a = BTreeMap::new();
1301     /// a.insert(1, "a");
1302     /// a.insert(2, "b");
1303     ///
1304     /// let keys: Vec<_> = a.keys().cloned().collect();
1305     /// assert_eq!(keys, [1, 2]);
1306     /// ```
1307     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1308     pub fn keys<'a>(&'a self) -> Keys<'a, K, V> {
1309         fn first<A, B>((a, _): (A, B)) -> A { a }
1310         let first: fn((&'a K, &'a V)) -> &'a K = first; // coerce to fn pointer
1311
1312         Keys { inner: self.iter().map(first) }
1313     }
1314
1315     /// Gets an iterator over the values of the map.
1316     ///
1317     /// # Examples
1318     ///
1319     /// ```
1320     /// use std::collections::BTreeMap;
1321     ///
1322     /// let mut a = BTreeMap::new();
1323     /// a.insert(1, "a");
1324     /// a.insert(2, "b");
1325     ///
1326     /// let values: Vec<&str> = a.values().cloned().collect();
1327     /// assert_eq!(values, ["a", "b"]);
1328     /// ```
1329     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1330     pub fn values<'a>(&'a self) -> Values<'a, K, V> {
1331         fn second<A, B>((_, b): (A, B)) -> B { b }
1332         let second: fn((&'a K, &'a V)) -> &'a V = second; // coerce to fn pointer
1333
1334         Values { inner: self.iter().map(second) }
1335     }
1336
1337     /// Returns the number of elements in the map.
1338     ///
1339     /// # Examples
1340     ///
1341     /// ```
1342     /// use std::collections::BTreeMap;
1343     ///
1344     /// let mut a = BTreeMap::new();
1345     /// assert_eq!(a.len(), 0);
1346     /// a.insert(1, "a");
1347     /// assert_eq!(a.len(), 1);
1348     /// ```
1349     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1350     pub fn len(&self) -> usize { self.length }
1351
1352     /// Returns true if the map contains no elements.
1353     ///
1354     /// # Examples
1355     ///
1356     /// ```
1357     /// use std::collections::BTreeMap;
1358     ///
1359     /// let mut a = BTreeMap::new();
1360     /// assert!(a.is_empty());
1361     /// a.insert(1, "a");
1362     /// assert!(!a.is_empty());
1363     /// ```
1364     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1365     pub fn is_empty(&self) -> bool { self.len() == 0 }
1366 }
1367
1368 macro_rules! range_impl {
1369     ($root:expr, $min:expr, $max:expr, $as_slices_internal:ident, $iter:ident, $Range:ident,
1370                                        $edges:ident, [$($mutability:ident)*]) => (
1371         {
1372             // A deque that encodes two search paths containing (left-to-right):
1373             // a series of truncated-from-the-left iterators, the LCA's doubly-truncated iterator,
1374             // and a series of truncated-from-the-right iterators.
1375             let mut traversals = VecDeque::new();
1376             let (root, min, max) = ($root, $min, $max);
1377
1378             let mut leftmost = None;
1379             let mut rightmost = None;
1380
1381             match (&min, &max) {
1382                 (&Unbounded, &Unbounded) => {
1383                     traversals.push_back(Traverse::traverse(root))
1384                 }
1385                 (&Unbounded, &Included(_)) | (&Unbounded, &Excluded(_)) => {
1386                     rightmost = Some(root);
1387                 }
1388                 (&Included(_), &Unbounded) | (&Excluded(_), &Unbounded) => {
1389                     leftmost = Some(root);
1390                 }
1391                   (&Included(min_key), &Included(max_key))
1392                 | (&Included(min_key), &Excluded(max_key))
1393                 | (&Excluded(min_key), &Included(max_key))
1394                 | (&Excluded(min_key), &Excluded(max_key)) => {
1395                     // lca represents the Lowest Common Ancestor, above which we never
1396                     // walk, since everything else is outside the range to iterate.
1397                     //       ___________________
1398                     //      |__0_|_80_|_85_|_90_|  (root)
1399                     //      |    |    |    |    |
1400                     //           |
1401                     //           v
1402                     //  ___________________
1403                     // |__5_|_15_|_30_|_73_|
1404                     // |    |    |    |    |
1405                     //                |
1406                     //                v
1407                     //       ___________________
1408                     //      |_33_|_58_|_63_|_68_|  lca for the range [41, 65]
1409                     //      |    |\___|___/|    |  iterator at traversals[2]
1410                     //           |         |
1411                     //           |         v
1412                     //           v         rightmost
1413                     //           leftmost
1414                     let mut is_leaf = root.is_leaf();
1415                     let mut lca = root.$as_slices_internal();
1416                     loop {
1417                         let slice = lca.slice_from(min_key).slice_to(max_key);
1418                         if let [ref $($mutability)* edge] = slice.edges {
1419                             // Follow the only edge that leads the node that covers the range.
1420                             is_leaf = edge.is_leaf();
1421                             lca = edge.$as_slices_internal();
1422                         } else {
1423                             let mut iter = slice.$iter();
1424                             if is_leaf {
1425                                 leftmost = None;
1426                                 rightmost = None;
1427                             } else {
1428                                 // Only change the state of nodes with edges.
1429                                 leftmost = iter.next_edge_item();
1430                                 rightmost = iter.next_edge_item_back();
1431                             }
1432                             traversals.push_back(iter);
1433                             break;
1434                         }
1435                     }
1436                 }
1437             }
1438             // Keep narrowing the range by going down.
1439             //               ___________________
1440             //              |_38_|_43_|_48_|_53_|
1441             //              |    |____|____|____/ iterator at traversals[1]
1442             //                   |
1443             //                   v
1444             //  ___________________
1445             // |_39_|_40_|_41_|_42_|  (leaf, the last leftmost)
1446             //           \_________|  iterator at traversals[0]
1447             match min {
1448                 Included(key) | Excluded(key) =>
1449                     while let Some(left) = leftmost {
1450                         let is_leaf = left.is_leaf();
1451                         let mut iter = left.$as_slices_internal().slice_from(key).$iter();
1452                         leftmost = if is_leaf {
1453                             None
1454                         } else {
1455                             // Only change the state of nodes with edges.
1456                             iter.next_edge_item()
1457                         };
1458                         traversals.push_back(iter);
1459                     },
1460                 _ => {}
1461             }
1462             // If the leftmost iterator starts with an element, then it was an exact match.
1463             if let (Excluded(_), Some(leftmost_iter)) = (min, traversals.back_mut()) {
1464                 // Drop this excluded element. `next_kv_item` has no effect when
1465                 // the next item is an edge.
1466                 leftmost_iter.next_kv_item();
1467             }
1468
1469             // The code for the right side is similar.
1470             match max {
1471                 Included(key) | Excluded(key) =>
1472                     while let Some(right) = rightmost {
1473                         let is_leaf = right.is_leaf();
1474                         let mut iter = right.$as_slices_internal().slice_to(key).$iter();
1475                         rightmost = if is_leaf {
1476                             None
1477                         } else {
1478                             iter.next_edge_item_back()
1479                         };
1480                         traversals.push_front(iter);
1481                     },
1482                 _ => {}
1483             }
1484             if let (Excluded(_), Some(rightmost_iter)) = (max, traversals.front_mut()) {
1485                 rightmost_iter.next_kv_item_back();
1486             }
1487
1488             $Range {
1489                 inner: AbsIter {
1490                     traversals: traversals,
1491                     size: usize::MAX, // unused
1492                 }
1493             }
1494         }
1495     )
1496 }
1497
1498 impl<K: Ord, V> BTreeMap<K, V> {
1499     /// Constructs a double-ended iterator over a sub-range of elements in the map, starting
1500     /// at min, and ending at max. If min is `Unbounded`, then it will be treated as "negative
1501     /// infinity", and if max is `Unbounded`, then it will be treated as "positive infinity".
1502     /// Thus range(Unbounded, Unbounded) will yield the whole collection.
1503     ///
1504     /// # Examples
1505     ///
1506     /// ```
1507     /// #![feature(btree_range, collections_bound)]
1508     ///
1509     /// use std::collections::BTreeMap;
1510     /// use std::collections::Bound::{Included, Unbounded};
1511     ///
1512     /// let mut map = BTreeMap::new();
1513     /// map.insert(3, "a");
1514     /// map.insert(5, "b");
1515     /// map.insert(8, "c");
1516     /// for (&key, &value) in map.range(Included(&4), Included(&8)) {
1517     ///     println!("{}: {}", key, value);
1518     /// }
1519     /// assert_eq!(Some((&5, &"b")), map.range(Included(&4), Unbounded).next());
1520     /// ```
1521     #[unstable(feature = "btree_range",
1522                reason = "matches collection reform specification, waiting for dust to settle")]
1523     pub fn range<'a>(&'a self, min: Bound<&K>, max: Bound<&K>) -> Range<'a, K, V> {
1524         range_impl!(&self.root, min, max, as_slices_internal, iter, Range, edges, [])
1525     }
1526
1527     /// Constructs a mutable double-ended iterator over a sub-range of elements in the map, starting
1528     /// at min, and ending at max. If min is `Unbounded`, then it will be treated as "negative
1529     /// infinity", and if max is `Unbounded`, then it will be treated as "positive infinity".
1530     /// Thus range(Unbounded, Unbounded) will yield the whole collection.
1531     ///
1532     /// # Examples
1533     ///
1534     /// ```
1535     /// #![feature(btree_range, collections_bound)]
1536     ///
1537     /// use std::collections::BTreeMap;
1538     /// use std::collections::Bound::{Included, Excluded};
1539     ///
1540     /// let mut map: BTreeMap<&str, i32> = ["Alice", "Bob", "Carol", "Cheryl"].iter()
1541     ///                                                                       .map(|&s| (s, 0))
1542     ///                                                                       .collect();
1543     /// for (_, balance) in map.range_mut(Included(&"B"), Excluded(&"Cheryl")) {
1544     ///     *balance += 100;
1545     /// }
1546     /// for (name, balance) in &map {
1547     ///     println!("{} => {}", name, balance);
1548     /// }
1549     /// ```
1550     #[unstable(feature = "btree_range",
1551                reason = "matches collection reform specification, waiting for dust to settle")]
1552     pub fn range_mut<'a>(&'a mut self, min: Bound<&K>, max: Bound<&K>) -> RangeMut<'a, K, V> {
1553         range_impl!(&mut self.root, min, max, as_slices_internal_mut, iter_mut, RangeMut,
1554                                                                       edges_mut, [mut])
1555     }
1556
1557     /// Gets the given key's corresponding entry in the map for in-place manipulation.
1558     ///
1559     /// # Examples
1560     ///
1561     /// ```
1562     /// use std::collections::BTreeMap;
1563     ///
1564     /// let mut count: BTreeMap<&str, usize> = BTreeMap::new();
1565     ///
1566     /// // count the number of occurrences of letters in the vec
1567     /// for x in vec!["a","b","a","c","a","b"] {
1568     ///     *count.entry(x).or_insert(0) += 1;
1569     /// }
1570     ///
1571     /// assert_eq!(count["a"], 3);
1572     /// ```
1573     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1574     pub fn entry(&mut self, mut key: K) -> Entry<K, V> {
1575         // same basic logic of `swap` and `pop`, blended together
1576         let mut stack = stack::PartialSearchStack::new(self);
1577         loop {
1578             let result = stack.with(move |pusher, node| {
1579                 match Node::search(node, &key) {
1580                     Found(handle) => {
1581                         // Perfect match
1582                         Finished(Occupied(OccupiedEntry {
1583                             stack: pusher.seal(handle)
1584                         }))
1585                     },
1586                     GoDown(handle) => {
1587                         match handle.force() {
1588                             Leaf(leaf_handle) => {
1589                                 Finished(Vacant(VacantEntry {
1590                                     stack: pusher.seal(leaf_handle),
1591                                     key: key,
1592                                 }))
1593                             },
1594                             Internal(internal_handle) => {
1595                                 Continue((
1596                                     pusher.push(internal_handle),
1597                                     key
1598                                 ))
1599                             }
1600                         }
1601                     }
1602                 }
1603             });
1604             match result {
1605                 Finished(finished) => return finished,
1606                 Continue((new_stack, renewed_key)) => {
1607                     stack = new_stack;
1608                     key = renewed_key;
1609                 }
1610             }
1611         }
1612     }
1613 }