sys/cddl/contrib/opensolaris/uts/common/sys/avl.h

   1 /*
   2  * CDDL HEADER START
   3  *
   4  * The contents of this file are subject to the terms of the
   5  * Common Development and Distribution License (the "License").
   6  * You may not use this file except in compliance with the License.
   7  *
   8  * You can obtain a copy of the license at usr/src/OPENSOLARIS.LICENSE
   9  * or http://www.opensolaris.org/os/licensing.
  10  * See the License for the specific language governing permissions
  11  * and limitations under the License.
  12  *
  13  * When distributing Covered Code, include this CDDL HEADER in each
  14  * file and include the License file at usr/src/OPENSOLARIS.LICENSE.
  15  * If applicable, add the following below this CDDL HEADER, with the
  16  * fields enclosed by brackets "[]" replaced with your own identifying
  17  * information: Portions Copyright [yyyy] [name of copyright owner]
  18  *
  19  * CDDL HEADER END
  20  */
  21 /*
  22  * Copyright 2009 Sun Microsystems, Inc.  All rights reserved.
  23  * Use is subject to license terms.
  24  */
  25
  26 /*
  27  * Copyright (c) 2014 by Delphix. All rights reserved.
  28  */
  29
  30 #ifndef _AVL_H
  31 #define _AVL_H
  32
  33 /*
  34  * This is a private header file.  Applications should not directly include
  35  * this file.
  36  */
  37
  38 #ifdef  __cplusplus
  39 extern "C" {
  40 #endif
  41
  42 #include <sys/types.h>
  43 #include <sys/avl_impl.h>
  44
  45 /*
  46  * This is a generic implementation of AVL trees for use in the Solaris kernel.
  47  * The interfaces provide an efficient way of implementing an ordered set of
  48  * data structures.
  49  *
  50  * AVL trees provide an alternative to using an ordered linked list. Using AVL
  51  * trees will usually be faster, however they requires more storage. An ordered
  52  * linked list in general requires 2 pointers in each data structure. The
  53  * AVL tree implementation uses 3 pointers. The following chart gives the
  54  * approximate performance of operations with the different approaches:
  55  *
  56  *      Operation        Link List      AVL tree
  57  *      ---------        --------       --------
  58  *      lookup             O(n)         O(log(n))
  59  *
  60  *      insert 1 node    constant       constant
  61  *
  62  *      delete 1 node    constant       between constant and O(log(n))
  63  *
  64  *      delete all nodes   O(n)         O(n)
  65  *
  66  *      visit the next
  67  *      or prev node     constant       between constant and O(log(n))
  68  *
  69  *
  70  * The data structure nodes are anchored at an "avl_tree_t" (the equivalent
  71  * of a list header) and the individual nodes will have a field of
  72  * type "avl_node_t" (corresponding to list pointers).
  73  *
  74  * The type "avl_index_t" is used to indicate a position in the list for
  75  * certain calls.
  76  *
  77  * The usage scenario is generally:
  78  *
  79  * 1. Create the list/tree with: avl_create()
  80  *
  81  * followed by any mixture of:
  82  *
  83  * 2a. Insert nodes with: avl_add(), or avl_find() and avl_insert()
  84  *
  85  * 2b. Visited elements with:
  86  *       avl_first() - returns the lowest valued node
  87  *       avl_last() - returns the highest valued node
  88  *       AVL_NEXT() - given a node go to next higher one
  89  *       AVL_PREV() - given a node go to previous lower one
  90  *
  91  * 2c.  Find the node with the closest value either less than or greater
  92  *      than a given value with avl_nearest().
  93  *
  94  * 2d. Remove individual nodes from the list/tree with avl_remove().
  95  *
  96  * and finally when the list is being destroyed
  97  *
  98  * 3. Use avl_destroy_nodes() to quickly process/free up any remaining nodes.
  99  *    Note that once you use avl_destroy_nodes(), you can no longer
 100  *    use any routine except avl_destroy_nodes() and avl_destoy().
 101  *
 102  * 4. Use avl_destroy() to destroy the AVL tree itself.
 103  *
 104  * Any locking for multiple thread access is up to the user to provide, just
 105  * as is needed for any linked list implementation.
 106  */
 107
 108
 109 /*
 110  * AVL comparator helpers
 111  */
 112 #define AVL_ISIGN(a)    (((a) > 0) - ((a) < 0))
 113 #define AVL_CMP(a, b)   (((a) > (b)) - ((a) < (b)))
 114 #define AVL_PCMP(a, b)  \
 115         (((uintptr_t)(a) > (uintptr_t)(b)) - ((uintptr_t)(a) < (uintptr_t)(b)))
 116
 117 /*
 118  * Type used for the root of the AVL tree.
 119  */
 120 typedef struct avl_tree avl_tree_t;
 121
 122 /*
 123  * The data nodes in the AVL tree must have a field of this type.
 124  */
 125 typedef struct avl_node avl_node_t;
 126
 127 /*
 128  * An opaque type used to locate a position in the tree where a node
 129  * would be inserted.
 130  */
 131 typedef uintptr_t avl_index_t;
 132
 133
 134 /*
 135  * Direction constants used for avl_nearest().
 136  */
 137 #define AVL_BEFORE      (0)
 138 #define AVL_AFTER       (1)
 139
 140
 141 /*
 142  * Prototypes
 143  *
 144  * Where not otherwise mentioned, "void *" arguments are a pointer to the
 145  * user data structure which must contain a field of type avl_node_t.
 146  *
 147  * Also assume the user data structures looks like:
 148  *      stuct my_type {
 149  *              ...
 150  *              avl_node_t      my_link;
 151  *              ...
 152  *      };
 153  */
 154
 155 /*
 156  * Initialize an AVL tree. Arguments are:
 157  *
 158  * tree   - the tree to be initialized
 159  * compar - function to compare two nodes, it must return exactly: -1, 0, or +1
 160  *          -1 for <, 0 for ==, and +1 for >
 161  * size   - the value of sizeof(struct my_type)
 162  * offset - the value of OFFSETOF(struct my_type, my_link)
 163  */
 164 extern void avl_create(avl_tree_t *tree,
 165         int (*compar) (const void *, const void *), size_t size, size_t offset);
 166
 167
 168 /*
 169  * Find a node with a matching value in the tree. Returns the matching node
 170  * found. If not found, it returns NULL and then if "where" is not NULL it sets
 171  * "where" for use with avl_insert() or avl_nearest().
 172  *
 173  * node   - node that has the value being looked for
 174  * where  - position for use with avl_nearest() or avl_insert(), may be NULL
 175  */
 176 extern void *avl_find(avl_tree_t *tree, const void *node, avl_index_t *where);
 177
 178 /*
 179  * Insert a node into the tree.
 180  *
 181  * node   - the node to insert
 182  * where  - position as returned from avl_find()
 183  */
 184 extern void avl_insert(avl_tree_t *tree, void *node, avl_index_t where);
 185
 186 /*
 187  * Insert "new_data" in "tree" in the given "direction" either after
 188  * or before the data "here".
 189  *
 190  * This might be useful for avl clients caching recently accessed
 191  * data to avoid doing avl_find() again for insertion.
 192  *
 193  * new_data     - new data to insert
 194  * here         - existing node in "tree"
 195  * direction    - either AVL_AFTER or AVL_BEFORE the data "here".
 196  */
 197 extern void avl_insert_here(avl_tree_t *tree, void *new_data, void *here,
 198     int direction);
 199
 200
 201 /*
 202  * Return the first or last valued node in the tree. Will return NULL
 203  * if the tree is empty.
 204  *
 205  */
 206 extern void *avl_first(avl_tree_t *tree);
 207 extern void *avl_last(avl_tree_t *tree);
 208
 209
 210 /*
 211  * Return the next or previous valued node in the tree.
 212  * AVL_NEXT() will return NULL if at the last node.
 213  * AVL_PREV() will return NULL if at the first node.
 214  *
 215  * node   - the node from which the next or previous node is found
 216  */
 217 #define AVL_NEXT(tree, node)    avl_walk(tree, node, AVL_AFTER)
 218 #define AVL_PREV(tree, node)    avl_walk(tree, node, AVL_BEFORE)
 219
 220
 221 /*
 222  * Find the node with the nearest value either greater or less than
 223  * the value from a previous avl_find(). Returns the node or NULL if
 224  * there isn't a matching one.
 225  *
 226  * where     - position as returned from avl_find()
 227  * direction - either AVL_BEFORE or AVL_AFTER
 228  *
 229  * EXAMPLE get the greatest node that is less than a given value:
 230  *
 231  *      avl_tree_t *tree;
 232  *      struct my_data look_for_value = {....};
 233  *      struct my_data *node;
 234  *      struct my_data *less;
 235  *      avl_index_t where;
 236  *
 237  *      node = avl_find(tree, &look_for_value, &where);
 238  *      if (node != NULL)
 239  *              less = AVL_PREV(tree, node);
 240  *      else
 241  *              less = avl_nearest(tree, where, AVL_BEFORE);
 242  */
 243 extern void *avl_nearest(avl_tree_t *tree, avl_index_t where, int direction);
 244
 245
 246 /*
 247  * Add a single node to the tree.
 248  * The node must not be in the tree, and it must not
 249  * compare equal to any other node already in the tree.
 250  *
 251  * node   - the node to add
 252  */
 253 extern void avl_add(avl_tree_t *tree, void *node);
 254
 255
 256 /*
 257  * Remove a single node from the tree.  The node must be in the tree.
 258  *
 259  * node   - the node to remove
 260  */
 261 extern void avl_remove(avl_tree_t *tree, void *node);
 262
 263 /*
 264  * Reinsert a node only if its order has changed relative to its nearest
 265  * neighbors. To optimize performance avl_update_lt() checks only the previous
 266  * node and avl_update_gt() checks only the next node. Use avl_update_lt() and
 267  * avl_update_gt() only if you know the direction in which the order of the
 268  * node may change.
 269  */
 270 extern boolean_t avl_update(avl_tree_t *, void *);
 271 extern boolean_t avl_update_lt(avl_tree_t *, void *);
 272 extern boolean_t avl_update_gt(avl_tree_t *, void *);
 273
 274 /*
 275  * Swaps the contents of the two trees.
 276  */
 277 extern void avl_swap(avl_tree_t *tree1, avl_tree_t *tree2);
 278
 279 /*
 280  * Return the number of nodes in the tree
 281  */
 282 extern ulong_t avl_numnodes(avl_tree_t *tree);
 283
 284 /*
 285  * Return B_TRUE if there are zero nodes in the tree, B_FALSE otherwise.
 286  */
 287 extern boolean_t avl_is_empty(avl_tree_t *tree);
 288
 289 /*
 290  * Used to destroy any remaining nodes in a tree. The cookie argument should
 291  * be initialized to NULL before the first call. Returns a node that has been
 292  * removed from the tree and may be free()'d. Returns NULL when the tree is
 293  * empty.
 294  *
 295  * Once you call avl_destroy_nodes(), you can only continuing calling it and
 296  * finally avl_destroy(). No other AVL routines will be valid.
 297  *
 298  * cookie - a "void *" used to save state between calls to avl_destroy_nodes()
 299  *
 300  * EXAMPLE:
 301  *      avl_tree_t *tree;
 302  *      struct my_data *node;
 303  *      void *cookie;
 304  *
 305  *      cookie = NULL;
 306  *      while ((node = avl_destroy_nodes(tree, &cookie)) != NULL)
 307  *              free(node);
 308  *      avl_destroy(tree);
 309  */
 310 extern void *avl_destroy_nodes(avl_tree_t *tree, void **cookie);
 311
 312
 313 /*
 314  * Final destroy of an AVL tree. Arguments are:
 315  *
 316  * tree   - the empty tree to destroy
 317  */
 318 extern void avl_destroy(avl_tree_t *tree);
 319
 320
 321
 322 #ifdef  __cplusplus
 323 }
 324 #endif
 325
 326 #endif  /* _AVL_H */