src/range_map.rs

   1 //! Implements a map from integer indices to data.
   2 //! Rather than storing data for every index, internally, this maps entire ranges to the data.
   3 //! To this end, the APIs all work on ranges, not on individual integers. Ranges are split as
   4 //! necessary (e.g., when [0,5) is first associated with X, and then [1,2) is mutated).
   5 //! Users must not depend on whether a range is coalesced or not, even though this is observable
   6 //! via the iteration APIs.
   7
   8 use std::ops;
   9
  10 use rustc_middle::ty::layout::Size;
  11
  12 #[derive(Clone, Debug)]
  13 struct Elem<T> {
  14     /// The range covered by this element; never empty.
  15     range: ops::Range<u64>,
  16     /// The data stored for this element.
  17     data: T,
  18 }
  19 #[derive(Clone, Debug)]
  20 pub struct RangeMap<T> {
  21     v: Vec<Elem<T>>,
  22 }
  23
  24 impl<T> RangeMap<T> {
  25     /// Creates a new `RangeMap` for the given size, and with the given initial value used for
  26     /// the entire range.
  27     #[inline(always)]
  28     pub fn new(size: Size, init: T) -> RangeMap<T> {
  29         let size = size.bytes();
  30         let mut map = RangeMap { v: Vec::new() };
  31         if size > 0 {
  32             map.v.push(Elem { range: 0..size, data: init });
  33         }
  34         map
  35     }
  36
  37     /// Finds the index containing the given offset.
  38     fn find_offset(&self, offset: u64) -> usize {
  39         // We do a binary search.
  40         let mut left = 0usize; // inclusive
  41         let mut right = self.v.len(); // exclusive
  42         loop {
  43             debug_assert!(left < right, "find_offset: offset {} is out-of-bounds", offset);
  44             let candidate = left.checked_add(right).unwrap() / 2;
  45             let elem = &self.v[candidate];
  46             if offset < elem.range.start {
  47                 // We are too far right (offset is further left).
  48                 debug_assert!(candidate < right); // we are making progress
  49                 right = candidate;
  50             } else if offset >= elem.range.end {
  51                 // We are too far left (offset is further right).
  52                 debug_assert!(candidate >= left); // we are making progress
  53                 left = candidate + 1;
  54             } else {
  55                 // This is it!
  56                 return candidate;
  57             }
  58         }
  59     }
  60
  61     /// Provides read-only iteration over everything in the given range. This does
  62     /// *not* split items if they overlap with the edges. Do not use this to mutate
  63     /// through interior mutability.
  64     pub fn iter<'a>(&'a self, offset: Size, len: Size) -> impl Iterator<Item = &'a T> + 'a {
  65         let offset = offset.bytes();
  66         let len = len.bytes();
  67         // Compute a slice starting with the elements we care about.
  68         let slice: &[Elem<T>] = if len == 0 {
  69             // We just need any empty iterator. We don't even want to
  70             // yield the element that surrounds this position.
  71             &[]
  72         } else {
  73             let first_idx = self.find_offset(offset);
  74             &self.v[first_idx..]
  75         };
  76         // The first offset that is not included any more.
  77         let end = offset + len;
  78         slice.iter().take_while(move |elem| elem.range.start < end).map(|elem| &elem.data)
  79     }
  80
  81     pub fn iter_mut_all<'a>(&'a mut self) -> impl Iterator<Item = &'a mut T> + 'a {
  82         self.v.iter_mut().map(|elem| &mut elem.data)
  83     }
  84
  85     // Splits the element situated at the given `index`, such that the 2nd one starts at offset
  86     // `split_offset`. Do nothing if the element already starts there.
  87     // Returns whether a split was necessary.
  88     fn split_index(&mut self, index: usize, split_offset: u64) -> bool
  89     where
  90         T: Clone,
  91     {
  92         let elem = &mut self.v[index];
  93         if split_offset == elem.range.start || split_offset == elem.range.end {
  94             // Nothing to do.
  95             return false;
  96         }
  97         debug_assert!(
  98             elem.range.contains(&split_offset),
  99             "the `split_offset` is not in the element to be split"
 100         );
 101
 102         // Now we really have to split. Reduce length of first element.
 103         let second_range = split_offset..elem.range.end;
 104         elem.range.end = split_offset;
 105         // Copy the data, and insert second element.
 106         let second = Elem { range: second_range, data: elem.data.clone() };
 107         self.v.insert(index + 1, second);
 108         return true;
 109     }
 110
 111     /// Provides mutable iteration over everything in the given range. As a side-effect,
 112     /// this will split entries in the map that are only partially hit by the given range,
 113     /// to make sure that when they are mutated, the effect is constrained to the given range.
 114     /// Moreover, this will opportunistically merge neighbouring equal blocks.
 115     pub fn iter_mut<'a>(
 116         &'a mut self,
 117         offset: Size,
 118         len: Size,
 119     ) -> impl Iterator<Item = &'a mut T> + 'a
 120     where
 121         T: Clone + PartialEq,
 122     {
 123         let offset = offset.bytes();
 124         let len = len.bytes();
 125         // Compute a slice containing exactly the elements we care about
 126         let slice: &mut [Elem<T>] = if len == 0 {
 127             // We just need any empty iterator. We don't even want to
 128             // yield the element that surrounds this position, nor do
 129             // any splitting.
 130             &mut []
 131         } else {
 132             // Make sure we got a clear beginning
 133             let mut first_idx = self.find_offset(offset);
 134             if self.split_index(first_idx, offset) {
 135                 // The newly created 2nd element is ours
 136                 first_idx += 1;
 137             }
 138             // No more mutation.
 139             let first_idx = first_idx;
 140             // Find our end. Linear scan, but that's ok because the iteration
 141             // is doing the same linear scan anyway -- no increase in complexity.
 142             // We combine this scan with a scan for duplicates that we can merge, to reduce
 143             // the number of elements.
 144             // We stop searching after the first "block" of size 1, to avoid spending excessive
 145             // amounts of time on the merging.
 146             let mut equal_since_idx = first_idx;
 147             // Once we see too many non-mergeable blocks, we stop.
 148             // The initial value is chosen via... magic. Benchmarking and magic.
 149             let mut successful_merge_count = 3usize;
 150             // When the loop is done, this is the first excluded element.
 151             let mut end_idx = first_idx;
 152             loop {
 153                 // Compute if `end` is the last element we need to look at.
 154                 let done = self.v[end_idx].range.end >= offset + len;
 155                 // We definitely need to include `end`, so move the index.
 156                 end_idx += 1;
 157                 debug_assert!(
 158                     done || end_idx < self.v.len(),
 159                     "iter_mut: end-offset {} is out-of-bounds",
 160                     offset + len
 161                 );
 162                 // see if we want to merge everything in `equal_since..end` (exclusive at the end!)
 163                 if successful_merge_count > 0 {
 164                     if done || self.v[end_idx].data != self.v[equal_since_idx].data {
 165                         // Everything in `equal_since..end` was equal. Make them just one element covering
 166                         // the entire range.
 167                         let removed_elems = end_idx - equal_since_idx - 1; // number of elements that we would remove
 168                         if removed_elems > 0 {
 169                             // Adjust the range of the first element to cover all of them.
 170                             let equal_until = self.v[end_idx - 1].range.end; // end of range of last of the equal elements
 171                             self.v[equal_since_idx].range.end = equal_until;
 172                             // Delete the rest of them.
 173                             self.v.splice(equal_since_idx + 1..end_idx, std::iter::empty());
 174                             // Adjust `end_idx` because we made the list shorter.
 175                             end_idx -= removed_elems;
 176                             // Adjust the count for the cutoff.
 177                             successful_merge_count += removed_elems;
 178                         } else {
 179                             // Adjust the count for the cutoff.
 180                             successful_merge_count -= 1;
 181                         }
 182                         // Go on scanning for the next block starting here.
 183                         equal_since_idx = end_idx;
 184                     }
 185                 }
 186                 // Leave loop if this is the last element.
 187                 if done {
 188                     break;
 189                 }
 190             }
 191             // Move to last included instead of first excluded index.
 192             let end_idx = end_idx - 1;
 193             // We need to split the end as well. Even if this performs a
 194             // split, we don't have to adjust our index as we only care about
 195             // the first part of the split.
 196             self.split_index(end_idx, offset + len);
 197             // Now we yield the slice. `end` is inclusive.
 198             &mut self.v[first_idx..=end_idx]
 199         };
 200         slice.iter_mut().map(|elem| &mut elem.data)
 201     }
 202 }
 203
 204 #[cfg(test)]
 205 mod tests {
 206     use super::*;
 207
 208     /// Query the map at every offset in the range and collect the results.
 209     fn to_vec<T: Copy>(map: &RangeMap<T>, offset: u64, len: u64) -> Vec<T> {
 210         (offset..offset + len)
 211             .into_iter()
 212             .map(|i| map.iter(Size::from_bytes(i), Size::from_bytes(1)).next().map(|&t| t).unwrap())
 213             .collect()
 214     }
 215
 216     #[test]
 217     fn basic_insert() {
 218         let mut map = RangeMap::<i32>::new(Size::from_bytes(20), -1);
 219         // Insert.
 220         for x in map.iter_mut(Size::from_bytes(10), Size::from_bytes(1)) {
 221             *x = 42;
 222         }
 223         // Check.
 224         assert_eq!(to_vec(&map, 10, 1), vec![42]);
 225         assert_eq!(map.v.len(), 3);
 226
 227         // Insert with size 0.
 228         for x in map.iter_mut(Size::from_bytes(10), Size::from_bytes(0)) {
 229             *x = 19;
 230         }
 231         for x in map.iter_mut(Size::from_bytes(11), Size::from_bytes(0)) {
 232             *x = 19;
 233         }
 234         assert_eq!(to_vec(&map, 10, 2), vec![42, -1]);
 235         assert_eq!(map.v.len(), 3);
 236     }
 237
 238     #[test]
 239     fn gaps() {
 240         let mut map = RangeMap::<i32>::new(Size::from_bytes(20), -1);
 241         for x in map.iter_mut(Size::from_bytes(11), Size::from_bytes(1)) {
 242             *x = 42;
 243         }
 244         for x in map.iter_mut(Size::from_bytes(15), Size::from_bytes(1)) {
 245             *x = 43;
 246         }
 247         assert_eq!(map.v.len(), 5);
 248         assert_eq!(to_vec(&map, 10, 10), vec![-1, 42, -1, -1, -1, 43, -1, -1, -1, -1]);
 249
 250         for x in map.iter_mut(Size::from_bytes(10), Size::from_bytes(10)) {
 251             if *x < 42 {
 252                 *x = 23;
 253             }
 254         }
 255         assert_eq!(map.v.len(), 6);
 256         assert_eq!(to_vec(&map, 10, 10), vec![23, 42, 23, 23, 23, 43, 23, 23, 23, 23]);
 257         assert_eq!(to_vec(&map, 13, 5), vec![23, 23, 43, 23, 23]);
 258
 259         for x in map.iter_mut(Size::from_bytes(15), Size::from_bytes(5)) {
 260             *x = 19;
 261         }
 262         assert_eq!(map.v.len(), 6);
 263         assert_eq!(to_vec(&map, 10, 10), vec![23, 42, 23, 23, 23, 19, 19, 19, 19, 19]);
 264         // Should be seeing two blocks with 19.
 265         assert_eq!(
 266             map.iter(Size::from_bytes(15), Size::from_bytes(2)).map(|&t| t).collect::<Vec<_>>(),
 267             vec![19, 19]
 268         );
 269
 270         // A NOP `iter_mut` should trigger merging.
 271         for _ in map.iter_mut(Size::from_bytes(15), Size::from_bytes(5)) {}
 272         assert_eq!(map.v.len(), 5);
 273         assert_eq!(to_vec(&map, 10, 10), vec![23, 42, 23, 23, 23, 19, 19, 19, 19, 19]);
 274     }
 275 }