common/trie.c

   1 /******************************************************************************/
   2 /*          pfixtools: a collection of postfix related tools                  */
   3 /*          ~~~~~~~~~                                                         */
   4 /*  ________________________________________________________________________  */
   5 /*                                                                            */
   6 /*  Redistribution and use in source and binary forms, with or without        */
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   8 /*  are met:                                                                  */
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  27 /*  CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE)   */
  28 /*  ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF    */
  29 /*  THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.                                           */
  30 /******************************************************************************/
  31
  32 /*
  33  * Copyright © 2008 Florent Bruneau
  34  */
  35
  36 #include "array.h"
  37 #include "str.h"
  38 #include "trie.h"
  39
  40 typedef struct trie_entry_t trie_entry_t;
  41
  42 struct trie_entry_t {
  43     int32_t  c_offset;
  44     int32_t  c_len;
  45
  46     int32_t children_offset;
  47     int32_t children_len;
  48 };
  49 #define TRIE_ENTRY_INIT { 0, 0, 0, 0 }
  50 ARRAY(trie_entry_t)
  51
  52 struct trie_t {
  53     A(trie_entry_t) entries;
  54     A(char)         c;
  55     A(char)         keys;
  56     A(int)          keys_offset;
  57
  58     bool locked;
  59 };
  60
  61 trie_t *trie_new(void)
  62 {
  63     return p_new(trie_t, 1);
  64 }
  65
  66 static inline void trie_cleanup_build_data(trie_t *trie)
  67 {
  68     array_wipe(trie->keys);
  69     array_wipe(trie->keys_offset);
  70 }
  71
  72 void trie_delete(trie_t **trie)
  73 {
  74     if (*trie) {
  75         trie_cleanup_build_data(*trie);
  76         trie_unlock(*trie);
  77         array_wipe((*trie)->entries);
  78         array_wipe((*trie)->c);
  79         p_delete(trie);
  80     }
  81 }
  82
  83 /** Check that the given entry is a prefix for the given key.
  84  */
  85 static inline bool trie_entry_c_match(const trie_t *trie,
  86                                       const trie_entry_t *entry,
  87                                       const char *key, int *pos)
  88 {
  89     const char *c = array_ptr(trie->c, entry->c_offset);
  90     int i = 0;
  91     for (i = 0 ; i < entry->c_len ; ++i) {
  92         if (key[i] != c[i]) {
  93             if (pos) {
  94                 *pos = i;
  95             }
  96             return false;
  97         }
  98     }
  99     if (pos) {
 100         *pos = i;
 101     }
 102     return true;
 103 }
 104
 105 static inline bool trie_entry_match(const trie_t *trie,
 106                                     const trie_entry_t *entry, const char *key)
 107 {
 108     return !!(strcmp(array_ptr(trie->c, entry->c_offset), key) == 0);
 109 }
 110
 111 static inline bool trie_entry_is_leaf(const trie_entry_t *entry)
 112 {
 113     return entry->children_len == 0;
 114 }
 115
 116 /** Lookup for a child of entry matching the given entry at the given pos.
 117  * Only the first character of the children is taken into account in the
 118  * lookup. The current entry is assumed to match the key.
 119  */
 120 static inline trie_entry_t* trie_entry_child(const trie_t *trie,
 121                                              const trie_entry_t* entry,
 122                                              const char *key)
 123 {
 124     int start = entry->children_offset;
 125     int end   = start + entry->children_len;
 126     const char c = *key;
 127
 128     while (start < end) {
 129         int mid = (start + end) / 2;
 130         trie_entry_t* child = array_ptr(trie->entries, mid);
 131         const char c2 = array_elt(trie->c, child->c_offset);
 132
 133         if (child->c_len) {
 134             if (c2 == c) {
 135                 return child;
 136             }
 137             if (c < c2) {
 138                 end = mid;
 139             } else {
 140                 start = mid + 1;
 141             }
 142         } else {
 143             abort();
 144         }
 145     }
 146     return NULL;
 147 }
 148
 149 static inline int trie_entry_new(trie_t *trie)
 150 {
 151     const trie_entry_t e = TRIE_ENTRY_INIT;
 152     array_add(trie->entries, e);
 153     return trie->entries.len - 1;
 154 }
 155
 156 static inline int trie_add_leaf(trie_t *trie, const char *key)
 157 {
 158     trie_entry_t *entry;
 159     int len = m_strlen(key) + 1;
 160     entry = array_ptr(trie->entries, trie_entry_new(trie));
 161     entry->c_offset = trie->c.len;
 162     entry->c_len    = len;
 163     array_append(trie->c, key, len);
 164     return trie->entries.len - 1;
 165 }
 166
 167 static inline void trie_entry_insert_child(trie_t *trie, trie_entry_t *entry,
 168                                            int pchild)
 169 {
 170     if (entry->children_len == 0) {
 171         entry->children_offset = pchild;
 172         entry->children_len    = 1;
 173     } else {
 174         if (entry->children_offset + entry->children_len != pchild) {
 175             printf("Inserting child %d while offset is %d[%d]\n",
 176                    pchild, entry->children_offset, entry->children_len);
 177             abort();
 178         }
 179         ++entry->children_len;
 180     }
 181 }
 182
 183 static inline void trie_entry_split(trie_t *trie, trie_entry_t *entry, int pos)
 184 {
 185     trie_entry_t *child;
 186     child    = array_ptr(trie->entries, trie_entry_new(trie));
 187     if (pos == 0) {
 188         child->c_offset = entry->c_offset;
 189         child->c_len    = entry->c_len;
 190         entry->c_offset = 0;
 191         entry->c_len    = 0;
 192     } else {
 193         child->c_offset = entry->c_offset + pos;
 194         child->c_len    = entry->c_len - pos;
 195         entry->c_len    = pos;
 196     }
 197     child->children_offset = entry->children_offset;
 198     child->children_len    = entry->children_len;
 199     entry->children_offset = trie->entries.len - 1;
 200     entry->children_len    = 1;
 201 }
 202
 203 void trie_insert(trie_t *trie, const char* key)
 204 {
 205     assert(trie->entries.len == 0 && "Trie already compiled");
 206
 207     int len = m_strlen(key) + 1;
 208     array_add(trie->keys_offset, trie->keys.len);
 209     array_append(trie->keys, key, len);
 210 }
 211
 212
 213 static inline void trie_compile_aux(trie_t *trie, int id,
 214                                     int first_key, int last_key, int offset,
 215                                     int initial_diff)
 216 {
 217     int forks[256];
 218     int fork_pos = 0;
 219     char current = '\0';
 220
 221     for (int off_diff = initial_diff ; fork_pos == 0 ; ++off_diff, ++offset) {
 222         current = array_elt(trie->keys, array_elt(trie->keys_offset, first_key) + offset);
 223         for (int i = first_key + 1 ; i < last_key ; ++i) {
 224             const char *str = array_ptr(trie->keys, array_elt(trie->keys_offset, i));
 225             const char c = str[offset];
 226             if (c != current) {
 227                 array_ensure_capacity_delta(trie->entries, 2);
 228                 if (fork_pos == 0) {
 229                     trie_entry_split(trie, array_ptr(trie->entries, id), off_diff);
 230                 }
 231                 trie_entry_insert_child(trie, array_ptr(trie->entries, id),
 232                                         trie_add_leaf(trie, str + offset));
 233                 forks[fork_pos++] = i;
 234                 current = c;
 235             }
 236         }
 237         if (fork_pos == 0 && current == '\0') {
 238             return;
 239         }
 240     }
 241     forks[fork_pos] = last_key;
 242
 243     const int children_len = array_elt(trie->entries, id).children_len;
 244     for (int i = 0 ; i < children_len ; ++i) {
 245         int child = array_elt(trie->entries, id).children_offset + i;
 246         if (forks[i] - 1 > first_key) {
 247             trie_compile_aux(trie, child, first_key, forks[i], offset, 1);
 248         }
 249         first_key = forks[i];
 250     }
 251 }
 252
 253 void trie_compile(trie_t *trie, bool memlock)
 254 {
 255     assert(trie->entries.len == 0 && "Trie already compiled");
 256     assert(trie->keys.len != 0 && "Trying to compile an empty trie");
 257     {
 258 #       define QSORT_TYPE int
 259 #       define QSORT_BASE trie->keys_offset.data
 260 #       define QSORT_NELT trie->keys_offset.len
 261 #       define QSORT_LT(a,b) strcmp(trie->keys.data + *a, trie->keys.data + *b) < 0
 262 #       include "qsort.c"
 263     }
 264
 265     array_ensure_capacity(trie->entries, trie->keys.len);
 266     trie_compile_aux(trie, trie_add_leaf(trie, trie->keys.data),
 267                      0, trie->keys_offset.len, 0, 0);
 268     trie_cleanup_build_data(trie);
 269     array_adjust(trie->entries);
 270     array_adjust(trie->c);
 271     if (memlock) {
 272         trie_lock(trie);
 273     }
 274 }
 275
 276 bool trie_lookup(const trie_t *trie, const char *key)
 277 {
 278     assert(trie->keys.len == 0L && "Can't lookup: trie not compiled");
 279     if (trie->entries.len == 0) {
 280         return false;
 281     } else {
 282         trie_entry_t *current = array_ptr(trie->entries, 0);
 283         while (true) {
 284             int pos = 0;
 285             if (trie_entry_is_leaf(current)) {
 286                 return trie_entry_match(trie, current, key);
 287             } else if (trie_entry_c_match(trie, current, key, &pos)) {
 288                 key += pos;
 289                 current = trie_entry_child(trie, current, key);
 290                 if (current == NULL) {
 291                     return false;
 292                 }
 293             } else {
 294                 return false;
 295             }
 296         }
 297     }
 298 }
 299
 300 void trie_lock(trie_t *trie)
 301 {
 302     if (trie->locked) {
 303         return;
 304     }
 305     if (!array_lock(trie->entries)) {
 306         UNIXERR("mlock");
 307         return;
 308     }
 309     if (!array_lock(trie->c)) {
 310         UNIXERR("mlock");
 311         array_unlock(trie->entries);
 312         return;
 313     }
 314     trie->locked = true;
 315 }
 316
 317 void trie_unlock(trie_t *trie)
 318 {
 319     if (!trie->locked) {
 320         return;
 321     }
 322     array_unlock(trie->entries);
 323     array_unlock(trie->entries);
 324     trie->locked = false;
 325 }
 326
 327 /* Debug {{{1
 328  */
 329
 330 static inline void trie_entry_inspect(const trie_t *trie, bool show_content,
 331                                       const trie_entry_t *entry, int level)
 332 {
 333     static int max_depth = 0;
 334     static int leaves    = 0;
 335     static int depth_sum = 0;
 336
 337     if (trie_entry_is_leaf(entry)) {
 338         if (level > max_depth) {
 339             max_depth = level;
 340         }
 341         ++leaves;
 342         depth_sum += level;
 343     }
 344     if (show_content) {
 345         for (int i = 0 ; i < level ; ++i) {
 346             fputs("  ", stdout);
 347         }
 348         if (entry->c_len == 0) {
 349             fputs("(nil)", stdout);
 350         } else {
 351             const char *c = array_ptr(trie->c, entry->c_offset);
 352             printf("(%d) ", entry->c_len);
 353             for (int i = 0 ; i < entry->c_len ; ++i) {
 354                 if (c[i]) {
 355                     printf("%c ", c[i]);
 356                 } else {
 357                     fputs("\\0 ", stdout);
 358                 }
 359             }
 360         }
 361         fputs("\n", stdout);
 362     }
 363     for (int i = entry->children_offset ;
 364           i < entry->children_offset + entry->children_len ; ++i) {
 365         trie_entry_inspect(trie, show_content, array_ptr(trie->entries, i), level + 1);
 366     }
 367     if (level == 0) {
 368         printf("Average char per node: %d\n", trie->c.len / trie->entries.len);
 369         printf("Number of nodes: %d\n", trie->entries.len);
 370         printf("Number of leaves: %d\n", leaves);
 371         printf("Max depth: %d\n", max_depth);
 372         printf("Average leaf depth: %d\n", depth_sum / leaves);
 373         printf("Memory used: %d\n", (trie->entries.size * sizeof(trie_entry_t))
 374                                   + (trie->c.size) + sizeof(trie_t));
 375     }
 376 }
 377
 378 void trie_inspect(const trie_t *trie, bool show_content)
 379 {
 380     trie_entry_inspect(trie, show_content, trie->entries.data, 0);
 381 }