Branch data Line data Source code
1 : : /* SparseSet implementation.
2 : : Copyright (C) 2007-2024 Free Software Foundation, Inc.
3 : : Contributed by Peter Bergner <bergner@vnet.ibm.com>
4 : :
5 : : This file is part of GCC.
6 : :
7 : : GCC is free software; you can redistribute it and/or modify it under
8 : : the terms of the GNU General Public License as published by the Free
9 : : Software Foundation; either version 3, or (at your option) any later
10 : : version.
11 : :
12 : : GCC is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
13 : : WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or
14 : : FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the GNU General Public License
15 : : for more details.
16 : :
17 : : You should have received a copy of the GNU General Public License
18 : : along with GCC; see the file COPYING3. If not see
19 : : <http://www.gnu.org/licenses/>. */
20 : :
21 : : #ifndef GCC_SPARSESET_H
22 : : #define GCC_SPARSESET_H
23 : :
24 : : /* Implementation of the Briggs and Torczon sparse set representation.
25 : : The sparse set representation was first published in:
26 : :
27 : : "An Efficient Representation for Sparse Sets",
28 : : ACM LOPLAS, Vol. 2, Nos. 1-4, March-December 1993, Pages 59-69.
29 : :
30 : : The sparse set representation is suitable for integer sets with a
31 : : fixed-size universe. Two vectors are used to store the members of
32 : : the set. If an element I is in the set, then sparse[I] is the
33 : : index of I in the dense vector, and dense[sparse[I]] == I. The dense
34 : : vector works like a stack. The size of the stack is the cardinality
35 : : of the set.
36 : :
37 : : The following operations can be performed in O(1) time:
38 : :
39 : : * clear : sparseset_clear
40 : : * cardinality : sparseset_cardinality
41 : : * set_size : sparseset_size
42 : : * member_p : sparseset_bit_p
43 : : * add_member : sparseset_set_bit
44 : : * remove_member : sparseset_clear_bit
45 : : * choose_one : sparseset_pop
46 : :
47 : : Additionally, the sparse set representation supports enumeration of
48 : : the members in O(N) time, where n is the number of members in the set.
49 : : The members of the set are stored cache-friendly in the dense vector.
50 : : This makes it a competitive choice for iterating over relatively sparse
51 : : sets requiring operations:
52 : :
53 : : * forall : EXECUTE_IF_SET_IN_SPARSESET
54 : : * set_copy : sparseset_copy
55 : : * set_intersection : sparseset_and
56 : : * set_union : sparseset_ior
57 : : * set_difference : sparseset_and_compl
58 : : * set_disjuction : (not implemented)
59 : : * set_compare : sparseset_equal_p
60 : :
61 : : NB: It is OK to use remove_member during EXECUTE_IF_SET_IN_SPARSESET.
62 : : The iterator is updated for it.
63 : :
64 : : Based on the efficiency of these operations, this representation of
65 : : sparse sets will often be superior to alternatives such as simple
66 : : bitmaps, linked-list bitmaps, array bitmaps, balanced binary trees,
67 : : hash tables, linked lists, etc., if the set is sufficiently sparse.
68 : : In the LOPLAS paper the cut-off point where sparse sets became faster
69 : : than simple bitmaps (see sbitmap.h) when N / U < 64 (where U is the
70 : : size of the universe of the set).
71 : :
72 : : Because the set universe is fixed, the set cannot be resized. For
73 : : sparse sets with initially unknown size, linked-list bitmaps are a
74 : : better choice, see bitmap.h.
75 : :
76 : : Sparse sets storage requirements are relatively large: O(U) with a
77 : : larger constant than sbitmaps (if the storage requirement for an
78 : : sbitmap with universe U is S, then the storage required for a sparse
79 : : set for the same universe are 2 * sizeof (SPARSESET_ELT_TYPE) * 8 * S).
80 : : Accessing the sparse vector is not very cache-friendly, but iterating
81 : : over the members in the set is cache-friendly because only the dense
82 : : vector is used. */
83 : :
84 : : /* Data Structure used for the SparseSet representation. */
85 : :
86 : : #define SPARSESET_ELT_TYPE unsigned int
87 : :
88 : : typedef struct sparseset_def
89 : : {
90 : : SPARSESET_ELT_TYPE *dense; /* Dense array. */
91 : : SPARSESET_ELT_TYPE *sparse; /* Sparse array. */
92 : : SPARSESET_ELT_TYPE members; /* Number of elements. */
93 : : SPARSESET_ELT_TYPE size; /* Maximum number of elements. */
94 : : SPARSESET_ELT_TYPE iter; /* Iterator index. */
95 : : unsigned char iter_inc; /* Iteration increment amount. */
96 : : bool iterating;
97 : : SPARSESET_ELT_TYPE elms[2]; /* Combined dense and sparse arrays. */
98 : : } *sparseset;
99 : :
100 : : #define sparseset_free(MAP) free(MAP)
101 : : extern sparseset sparseset_alloc (SPARSESET_ELT_TYPE n_elms);
102 : : extern void sparseset_clear_bit (sparseset, SPARSESET_ELT_TYPE);
103 : : extern void sparseset_copy (sparseset, sparseset);
104 : : extern void sparseset_and (sparseset, sparseset, sparseset);
105 : : extern void sparseset_and_compl (sparseset, sparseset, sparseset);
106 : : extern void sparseset_ior (sparseset, sparseset, sparseset);
107 : : extern bool sparseset_equal_p (sparseset, sparseset);
108 : :
109 : : /* Operation: S = {}
110 : : Clear the set of all elements. */
111 : :
112 : : inline void
113 : 1296508209 : sparseset_clear (sparseset s)
114 : : {
115 : 1296508209 : s->members = 0;
116 : 1277924374 : s->iterating = false;
117 : 41525535 : }
118 : :
119 : : /* Return the number of elements currently in the set. */
120 : :
121 : : inline SPARSESET_ELT_TYPE
122 : 166736899 : sparseset_cardinality (sparseset s)
123 : : {
124 : 138646543 : return s->members;
125 : : }
126 : :
127 : : /* Return the maximum number of elements this set can hold. */
128 : :
129 : : inline SPARSESET_ELT_TYPE
130 : : sparseset_size (sparseset s)
131 : : {
132 : : return s->size;
133 : : }
134 : :
135 : : /* Return true if e is a member of the set S, otherwise return false. */
136 : :
137 : : inline bool
138 : 9819133823 : sparseset_bit_p (sparseset s, SPARSESET_ELT_TYPE e)
139 : : {
140 : 9819133823 : SPARSESET_ELT_TYPE idx;
141 : :
142 : 9819133823 : gcc_checking_assert (e < s->size);
143 : :
144 : 9819133823 : idx = s->sparse[e];
145 : :
146 : 9819133823 : return idx < s->members && s->dense[idx] == e;
147 : : }
148 : :
149 : : /* Low level insertion routine not meant for use outside of sparseset.[ch].
150 : : Assumes E is valid and not already a member of the set S. */
151 : :
152 : : inline void
153 : 5440609028 : sparseset_insert_bit (sparseset s, SPARSESET_ELT_TYPE e, SPARSESET_ELT_TYPE idx)
154 : : {
155 : 5440609028 : s->sparse[e] = idx;
156 : 5220538887 : s->dense[idx] = e;
157 : 4429490200 : }
158 : :
159 : : /* Operation: S = S + {e}
160 : : Insert E into the set S, if it isn't already a member. */
161 : :
162 : : inline void
163 : 4677865291 : sparseset_set_bit (sparseset s, SPARSESET_ELT_TYPE e)
164 : : {
165 : 4677865291 : if (!sparseset_bit_p (s, e))
166 : 4429490200 : sparseset_insert_bit (s, e, s->members++);
167 : 4677865291 : }
168 : :
169 : : /* Return and remove the last member added to the set S. */
170 : :
171 : : inline SPARSESET_ELT_TYPE
172 : : sparseset_pop (sparseset s)
173 : : {
174 : : SPARSESET_ELT_TYPE mem = s->members;
175 : :
176 : : gcc_checking_assert (mem != 0);
177 : :
178 : : s->members = mem - 1;
179 : : return s->dense[s->members];
180 : : }
181 : :
182 : : inline void
183 : 1577115825 : sparseset_iter_init (sparseset s)
184 : : {
185 : 1577115825 : s->iter = 0;
186 : 1577115825 : s->iter_inc = 1;
187 : 1577115825 : s->iterating = true;
188 : 1577115825 : }
189 : :
190 : : inline bool
191 : 5152156269 : sparseset_iter_p (sparseset s)
192 : : {
193 : 5152156269 : if (s->iterating && s->iter < s->members)
194 : : return true;
195 : : else
196 : 1392299346 : return s->iterating = false;
197 : : }
198 : :
199 : : inline SPARSESET_ELT_TYPE
200 : 3759856923 : sparseset_iter_elm (sparseset s)
201 : : {
202 : 3499771736 : return s->dense[s->iter];
203 : : }
204 : :
205 : : inline void
206 : 3575040444 : sparseset_iter_next (sparseset s)
207 : : {
208 : 3575040444 : s->iter += s->iter_inc;
209 : 3575040444 : s->iter_inc = 1;
210 : 3575040444 : }
211 : :
212 : : #define EXECUTE_IF_SET_IN_SPARSESET(SPARSESET, ITER) \
213 : : for (sparseset_iter_init (SPARSESET); \
214 : : sparseset_iter_p (SPARSESET) \
215 : : && (((ITER) = sparseset_iter_elm (SPARSESET)) || 1); \
216 : : sparseset_iter_next (SPARSESET))
217 : :
218 : : #endif /* GCC_SPARSESET_H */
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