ghc/rts/Hash.c

   1 /*-----------------------------------------------------------------------------
   2  *
   3  * (c) The AQUA Project, Glasgow University, 1995-1998
   4  * (c) The GHC Team, 1999
   5  *
   6  * Dynamically expanding linear hash tables, as described in
   7  * Per-\AAke Larson, ``Dynamic Hash Tables,'' CACM 31(4), April 1988,
   8  * pp. 446 -- 457.
   9  * -------------------------------------------------------------------------- */
  10
  11 #include "PosixSource.h"
  12 #include "Rts.h"
  13 #include "Hash.h"
  14 #include "RtsUtils.h"
  15
  16 #include <stdlib.h>
  17 #include <string.h>
  18
  19 #define HSEGSIZE    1024    /* Size of a single hash table segment */
  20                             /* Also the minimum size of a hash table */
  21 #define HDIRSIZE    1024    /* Size of the segment directory */
  22                             /* Maximum hash table size is HSEGSIZE * HDIRSIZE */
  23 #define HLOAD       5       /* Maximum average load of a single hash bucket */
  24
  25 #define HCHUNK      (1024 * sizeof(W_) / sizeof(HashList))
  26                             /* Number of HashList cells to allocate in one go */
  27
  28
  29 /* Linked list of (key, data) pairs for separate chaining */
  30 struct hashlist {
  31     StgWord key;
  32     void *data;
  33     struct hashlist *next;  /* Next cell in bucket chain (same hash value) */
  34 };
  35
  36 typedef struct hashlist HashList;
  37
  38 typedef int HashFunction(HashTable *table, StgWord key);
  39 typedef int CompareFunction(StgWord key1, StgWord key2);
  40
  41 struct hashtable {
  42     int split;              /* Next bucket to split when expanding */
  43     int max;                /* Max bucket of smaller table */
  44     int mask1;              /* Mask for doing the mod of h_1 (smaller table) */
  45     int mask2;              /* Mask for doing the mod of h_2 (larger table) */
  46     int kcount;             /* Number of keys */
  47     int bcount;             /* Number of buckets */
  48     HashList **dir[HDIRSIZE];   /* Directory of segments */
  49     HashFunction *hash;         /* hash function */
  50     CompareFunction *compare;   /* key comparison function */
  51 };
  52
  53 /* -----------------------------------------------------------------------------
  54  * Hash first using the smaller table.  If the bucket is less than the
  55  * next bucket to be split, re-hash using the larger table.
  56  * -------------------------------------------------------------------------- */
  57
  58 static int
  59 hashWord(HashTable *table, StgWord key)
  60 {
  61     int bucket;
  62
  63     /* Strip the boring zero bits */
  64     key /= sizeof(StgWord);
  65
  66     /* Mod the size of the hash table (a power of 2) */
  67     bucket = key & table->mask1;
  68
  69     if (bucket < table->split) {
  70         /* Mod the size of the expanded hash table (also a power of 2) */
  71         bucket = key & table->mask2;
  72     }
  73     return bucket;
  74 }
  75
  76 static int
  77 hashStr(HashTable *table, char *key)
  78 {
  79     int h, bucket;
  80     char *s;
  81
  82     s = key;
  83     for (h=0; *s; s++) {
  84         h *= 128;
  85         h += *s;
  86         h = h % 1048583;        /* some random large prime */
  87     }
  88
  89     /* Mod the size of the hash table (a power of 2) */
  90     bucket = h & table->mask1;
  91
  92     if (bucket < table->split) {
  93         /* Mod the size of the expanded hash table (also a power of 2) */
  94         bucket = h & table->mask2;
  95     }
  96
  97     return bucket;
  98 }
  99
 100 static int
 101 compareWord(StgWord key1, StgWord key2)
 102 {
 103     return (key1 == key2);
 104 }
 105
 106 static int
 107 compareStr(StgWord key1, StgWord key2)
 108 {
 109     return (strcmp((char *)key1, (char *)key2) == 0);
 110 }
 111
 112
 113 /* -----------------------------------------------------------------------------
 114  * Allocate a new segment of the dynamically growing hash table.
 115  * -------------------------------------------------------------------------- */
 116
 117 static void
 118 allocSegment(HashTable *table, int segment)
 119 {
 120     table->dir[segment] = stgMallocBytes(HSEGSIZE * sizeof(HashList *),
 121                                          "allocSegment");
 122 }
 123
 124
 125 /* -----------------------------------------------------------------------------
 126  * Expand the larger hash table by one bucket, and split one bucket
 127  * from the smaller table into two parts.  Only the bucket referenced
 128  * by @table->split@ is affected by the expansion.
 129  * -------------------------------------------------------------------------- */
 130
 131 static void
 132 expand(HashTable *table)
 133 {
 134     int oldsegment;
 135     int oldindex;
 136     int newbucket;
 137     int newsegment;
 138     int newindex;
 139     HashList *hl;
 140     HashList *next;
 141     HashList *old, *new;
 142
 143     if (table->split + table->max >= HDIRSIZE * HSEGSIZE)
 144         /* Wow!  That's big.  Too big, so don't expand. */
 145         return;
 146
 147     /* Calculate indices of bucket to split */
 148     oldsegment = table->split / HSEGSIZE;
 149     oldindex = table->split % HSEGSIZE;
 150
 151     newbucket = table->max + table->split;
 152
 153     /* And the indices of the new bucket */
 154     newsegment = newbucket / HSEGSIZE;
 155     newindex = newbucket % HSEGSIZE;
 156
 157     if (newindex == 0)
 158         allocSegment(table, newsegment);
 159
 160     if (++table->split == table->max) {
 161         table->split = 0;
 162         table->max *= 2;
 163         table->mask1 = table->mask2;
 164         table->mask2 = table->mask2 << 1 | 1;
 165     }
 166     table->bcount++;
 167
 168     /* Split the bucket, paying no attention to the original order */
 169
 170     old = new = NULL;
 171     for (hl = table->dir[oldsegment][oldindex]; hl != NULL; hl = next) {
 172         next = hl->next;
 173         if (table->hash(table, hl->key) == newbucket) {
 174             hl->next = new;
 175             new = hl;
 176         } else {
 177             hl->next = old;
 178             old = hl;
 179         }
 180     }
 181     table->dir[oldsegment][oldindex] = old;
 182     table->dir[newsegment][newindex] = new;
 183
 184     return;
 185 }
 186
 187 void *
 188 lookupHashTable(HashTable *table, StgWord key)
 189 {
 190     int bucket;
 191     int segment;
 192     int index;
 193     HashList *hl;
 194
 195     bucket = table->hash(table, key);
 196     segment = bucket / HSEGSIZE;
 197     index = bucket % HSEGSIZE;
 198
 199     for (hl = table->dir[segment][index]; hl != NULL; hl = hl->next)
 200         if (table->compare(hl->key, key))
 201             return hl->data;
 202
 203     /* It's not there */
 204     return NULL;
 205 }
 206
 207 /* -----------------------------------------------------------------------------
 208  * We allocate the hashlist cells in large chunks to cut down on malloc
 209  * overhead.  Although we keep a free list of hashlist cells, we make
 210  * no effort to actually return the space to the malloc arena.
 211  * -------------------------------------------------------------------------- */
 212
 213 static HashList *freeList = NULL;
 214
 215 static HashList *
 216 allocHashList(void)
 217 {
 218     HashList *hl, *p;
 219
 220     if ((hl = freeList) != NULL) {
 221         freeList = hl->next;
 222     } else {
 223         hl = stgMallocBytes(HCHUNK * sizeof(HashList), "allocHashList");
 224
 225         freeList = hl + 1;
 226         for (p = freeList; p < hl + HCHUNK - 1; p++)
 227             p->next = p + 1;
 228         p->next = NULL;
 229     }
 230     return hl;
 231 }
 232
 233 static void
 234 freeHashList(HashList *hl)
 235 {
 236     hl->next = freeList;
 237     freeList = hl;
 238 }
 239
 240 void
 241 insertHashTable(HashTable *table, StgWord key, void *data)
 242 {
 243     int bucket;
 244     int segment;
 245     int index;
 246     HashList *hl;
 247
 248     /* We want no duplicates */
 249     ASSERT(lookupHashTable(table, key) == NULL);
 250
 251     /* When the average load gets too high, we expand the table */
 252     if (++table->kcount >= HLOAD * table->bcount)
 253         expand(table);
 254
 255     bucket = table->hash(table, key);
 256     segment = bucket / HSEGSIZE;
 257     index = bucket % HSEGSIZE;
 258
 259     hl = allocHashList();
 260
 261     hl->key = key;
 262     hl->data = data;
 263     hl->next = table->dir[segment][index];
 264     table->dir[segment][index] = hl;
 265
 266 }
 267
 268 void *
 269 removeHashTable(HashTable *table, StgWord key, void *data)
 270 {
 271     int bucket;
 272     int segment;
 273     int index;
 274     HashList *hl;
 275     HashList *prev = NULL;
 276
 277     bucket = table->hash(table, key);
 278     segment = bucket / HSEGSIZE;
 279     index = bucket % HSEGSIZE;
 280
 281     for (hl = table->dir[segment][index]; hl != NULL; hl = hl->next) {
 282         if (table->compare(hl->key,key) && (data == NULL || hl->data == data)) {
 283             if (prev == NULL)
 284                 table->dir[segment][index] = hl->next;
 285             else
 286                 prev->next = hl->next;
 287             freeHashList(hl);
 288             table->kcount--;
 289             return hl->data;
 290         }
 291         prev = hl;
 292     }
 293
 294     /* It's not there */
 295     ASSERT(data == NULL);
 296     return NULL;
 297 }
 298
 299 /* -----------------------------------------------------------------------------
 300  * When we free a hash table, we are also good enough to free the
 301  * data part of each (key, data) pair, as long as our caller can tell
 302  * us how to do it.
 303  * -------------------------------------------------------------------------- */
 304
 305 void
 306 freeHashTable(HashTable *table, void (*freeDataFun)(void *) )
 307 {
 308     long segment;
 309     long index;
 310     HashList *hl;
 311     HashList *next;
 312
 313     /* The last bucket with something in it is table->max + table->split - 1 */
 314     segment = (table->max + table->split - 1) / HSEGSIZE;
 315     index = (table->max + table->split - 1) % HSEGSIZE;
 316
 317     while (segment >= 0) {
 318         while (index >= 0) {
 319             for (hl = table->dir[segment][index]; hl != NULL; hl = next) {
 320                 next = hl->next;
 321                 if (freeDataFun != NULL)
 322                     (*freeDataFun)(hl->data);
 323                 freeHashList(hl);
 324             }
 325             index--;
 326         }
 327         stgFree(table->dir[segment]);
 328         segment--;
 329         index = HSEGSIZE - 1;
 330     }
 331     stgFree(table);
 332 }
 333
 334 /* -----------------------------------------------------------------------------
 335  * When we initialize a hash table, we set up the first segment as well,
 336  * initializing all of the first segment's hash buckets to NULL.
 337  * -------------------------------------------------------------------------- */
 338
 339 static HashTable *
 340 allocHashTable_(HashFunction *hash, CompareFunction *compare)
 341 {
 342     HashTable *table;
 343     HashList **hb;
 344
 345     table = stgMallocBytes(sizeof(HashTable),"allocHashTable");
 346
 347     allocSegment(table, 0);
 348
 349     for (hb = table->dir[0]; hb < table->dir[0] + HSEGSIZE; hb++)
 350         *hb = NULL;
 351
 352     table->split = 0;
 353     table->max = HSEGSIZE;
 354     table->mask1 = HSEGSIZE - 1;
 355     table->mask2 = 2 * HSEGSIZE - 1;
 356     table->kcount = 0;
 357     table->bcount = HSEGSIZE;
 358     table->hash = hash;
 359     table->compare = compare;
 360
 361     return table;
 362 }
 363
 364 HashTable *
 365 allocHashTable(void)
 366 {
 367     return allocHashTable_(hashWord, compareWord);
 368 }
 369
 370 HashTable *
 371 allocStrHashTable(void)
 372 {
 373     return allocHashTable_((HashFunction *)hashStr,
 374                            (CompareFunction *)compareStr);
 375 }