xref: /openbsd-src/lib/libc/stdlib/radixsort.c (revision 1ed98fdf61d9dd29369f246109081408082ce54d)
1*1ed98fdfSderaadt /*	$OpenBSD: radixsort.c,v 1.9 2007/09/02 15:19:17 deraadt Exp $ */
2df930be7Sderaadt /*-
3df930be7Sderaadt  * Copyright (c) 1990, 1993
4df930be7Sderaadt  *	The Regents of the University of California.  All rights reserved.
5df930be7Sderaadt  *
6df930be7Sderaadt  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
7df930be7Sderaadt  * Peter McIlroy and by Dan Bernstein at New York University,
8df930be7Sderaadt  *
9df930be7Sderaadt  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
10df930be7Sderaadt  * modification, are permitted provided that the following conditions
11df930be7Sderaadt  * are met:
12df930be7Sderaadt  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
13df930be7Sderaadt  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
14df930be7Sderaadt  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
15df930be7Sderaadt  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
16df930be7Sderaadt  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
176580fee3Smillert  * 3. Neither the name of the University nor the names of its contributors
18df930be7Sderaadt  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
19df930be7Sderaadt  *    without specific prior written permission.
20df930be7Sderaadt  *
21df930be7Sderaadt  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
22df930be7Sderaadt  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
23df930be7Sderaadt  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
24df930be7Sderaadt  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
25df930be7Sderaadt  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
26df930be7Sderaadt  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
27df930be7Sderaadt  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
28df930be7Sderaadt  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
29df930be7Sderaadt  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
30df930be7Sderaadt  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
31df930be7Sderaadt  * SUCH DAMAGE.
32df930be7Sderaadt  */
33df930be7Sderaadt 
34df930be7Sderaadt /*
35df930be7Sderaadt  * Radixsort routines.
36df930be7Sderaadt  *
37df930be7Sderaadt  * Program r_sort_a() is unstable but uses O(logN) extra memory for a stack.
38df930be7Sderaadt  * Use radixsort(a, n, trace, endchar) for this case.
39df930be7Sderaadt  *
40df930be7Sderaadt  * For stable sorting (using N extra pointers) use sradixsort(), which calls
41df930be7Sderaadt  * r_sort_b().
42df930be7Sderaadt  *
43df930be7Sderaadt  * For a description of this code, see D. McIlroy, P. McIlroy, K. Bostic,
44df930be7Sderaadt  * "Engineering Radix Sort".
45df930be7Sderaadt  */
46df930be7Sderaadt 
47df930be7Sderaadt #include <sys/types.h>
48df930be7Sderaadt #include <stdlib.h>
49df930be7Sderaadt #include <errno.h>
50df930be7Sderaadt 
51df930be7Sderaadt typedef struct {
52df930be7Sderaadt 	const u_char **sa;
53df930be7Sderaadt 	int sn, si;
54df930be7Sderaadt } stack;
55df930be7Sderaadt 
56d6b09060Stholo static __inline void simplesort
57c72b5b24Smillert (const u_char **, int, int, const u_char *, u_int);
58c72b5b24Smillert static void r_sort_a(const u_char **, int, int, const u_char *, u_int);
59f3c3a9c6Smillert static void r_sort_b(const u_char **,
60f3c3a9c6Smillert 	    const u_char **, int, int, const u_char *, u_int);
61df930be7Sderaadt 
62df930be7Sderaadt #define	THRESHOLD	20		/* Divert to simplesort(). */
63df930be7Sderaadt #define	SIZE		512		/* Default stack size. */
64df930be7Sderaadt 
65df930be7Sderaadt #define SETUP {								\
66df930be7Sderaadt 	if (tab == NULL) {						\
67df930be7Sderaadt 		tr = tr0;						\
68df930be7Sderaadt 		for (c = 0; c < endch; c++)				\
69df930be7Sderaadt 			tr0[c] = c + 1;					\
70df930be7Sderaadt 		tr0[c] = 0;						\
71df930be7Sderaadt 		for (c++; c < 256; c++)					\
72df930be7Sderaadt 			tr0[c] = c;					\
73df930be7Sderaadt 		endch = 0;						\
74df930be7Sderaadt 	} else {							\
75df930be7Sderaadt 		endch = tab[endch];					\
76df930be7Sderaadt 		tr = tab;						\
77df930be7Sderaadt 		if (endch != 0 && endch != 255) {			\
78df930be7Sderaadt 			errno = EINVAL;					\
79df930be7Sderaadt 			return (-1);					\
80df930be7Sderaadt 		}							\
81df930be7Sderaadt 	}								\
82df930be7Sderaadt }
83df930be7Sderaadt 
84df930be7Sderaadt int
radixsort(const u_char ** a,int n,const u_char * tab,u_int endch)85d8bc04e4Spat radixsort(const u_char **a, int n, const u_char *tab, u_int endch)
86df930be7Sderaadt {
87df930be7Sderaadt 	const u_char *tr;
88df930be7Sderaadt 	int c;
89df930be7Sderaadt 	u_char tr0[256];
90df930be7Sderaadt 
91df930be7Sderaadt 	SETUP;
92df930be7Sderaadt 	r_sort_a(a, n, 0, tr, endch);
93df930be7Sderaadt 	return (0);
94df930be7Sderaadt }
95df930be7Sderaadt 
96df930be7Sderaadt int
sradixsort(const u_char ** a,int n,const u_char * tab,u_int endch)97d8bc04e4Spat sradixsort(const u_char **a, int n, const u_char *tab, u_int endch)
98df930be7Sderaadt {
99df930be7Sderaadt 	const u_char *tr, **ta;
100df930be7Sderaadt 	int c;
101df930be7Sderaadt 	u_char tr0[256];
102df930be7Sderaadt 
103df930be7Sderaadt 	SETUP;
104df930be7Sderaadt 	if (n < THRESHOLD)
105df930be7Sderaadt 		simplesort(a, n, 0, tr, endch);
106df930be7Sderaadt 	else {
107*1ed98fdfSderaadt 		if ((ta = calloc(n, sizeof(a))) == NULL)
108df930be7Sderaadt 			return (-1);
109df930be7Sderaadt 		r_sort_b(a, ta, n, 0, tr, endch);
110df930be7Sderaadt 		free(ta);
111df930be7Sderaadt 	}
112df930be7Sderaadt 	return (0);
113df930be7Sderaadt }
114df930be7Sderaadt 
115df930be7Sderaadt #define empty(s)	(s >= sp)
116df930be7Sderaadt #define pop(a, n, i)	a = (--sp)->sa, n = sp->sn, i = sp->si
117df930be7Sderaadt #define push(a, n, i)	sp->sa = a, sp->sn = n, (sp++)->si = i
118df930be7Sderaadt #define swap(a, b, t)	t = a, a = b, b = t
119df930be7Sderaadt 
120df930be7Sderaadt /* Unstable, in-place sort. */
121df930be7Sderaadt void
r_sort_a(const u_char ** a,int n,int i,const u_char * tr,u_int endch)122d8bc04e4Spat r_sort_a(const u_char **a, int n, int i, const u_char *tr, u_int endch)
123df930be7Sderaadt {
124df930be7Sderaadt 	static int count[256], nc, bmin;
125d8bc04e4Spat 	int c;
126d8bc04e4Spat 	const u_char **ak, *r;
127df930be7Sderaadt 	stack s[SIZE], *sp, *sp0, *sp1, temp;
128df930be7Sderaadt 	int *cp, bigc;
129df930be7Sderaadt 	const u_char **an, *t, **aj, **top[256];
130df930be7Sderaadt 
131df930be7Sderaadt 	/* Set up stack. */
132df930be7Sderaadt 	sp = s;
133df930be7Sderaadt 	push(a, n, i);
134df930be7Sderaadt 	while (!empty(s)) {
135df930be7Sderaadt 		pop(a, n, i);
136df930be7Sderaadt 		if (n < THRESHOLD) {
137df930be7Sderaadt 			simplesort(a, n, i, tr, endch);
138df930be7Sderaadt 			continue;
139df930be7Sderaadt 		}
140df930be7Sderaadt 		an = a + n;
141df930be7Sderaadt 
142df930be7Sderaadt 		/* Make character histogram. */
143df930be7Sderaadt 		if (nc == 0) {
144df930be7Sderaadt 			bmin = 255;	/* First occupied bin, excluding eos. */
145df930be7Sderaadt 			for (ak = a; ak < an;) {
146df930be7Sderaadt 				c = tr[(*ak++)[i]];
147df930be7Sderaadt 				if (++count[c] == 1 && c != endch) {
148df930be7Sderaadt 					if (c < bmin)
149df930be7Sderaadt 						bmin = c;
150df930be7Sderaadt 					nc++;
151df930be7Sderaadt 				}
152df930be7Sderaadt 			}
153df930be7Sderaadt 			if (sp + nc > s + SIZE) {	/* Get more stack. */
154df930be7Sderaadt 				r_sort_a(a, n, i, tr, endch);
155df930be7Sderaadt 				continue;
156df930be7Sderaadt 			}
157df930be7Sderaadt 		}
158df930be7Sderaadt 
159df930be7Sderaadt 		/*
160df930be7Sderaadt 		 * Set top[]; push incompletely sorted bins onto stack.
161df930be7Sderaadt 		 * top[] = pointers to last out-of-place element in bins.
162df930be7Sderaadt 		 * count[] = counts of elements in bins.
163df930be7Sderaadt 		 * Before permuting: top[c-1] + count[c] = top[c];
164df930be7Sderaadt 		 * during deal: top[c] counts down to top[c-1].
165df930be7Sderaadt 		 */
166df930be7Sderaadt 		sp0 = sp1 = sp;		/* Stack position of biggest bin. */
167df930be7Sderaadt 		bigc = 2;		/* Size of biggest bin. */
168df930be7Sderaadt 		if (endch == 0)		/* Special case: set top[eos]. */
169df930be7Sderaadt 			top[0] = ak = a + count[0];
170df930be7Sderaadt 		else {
171df930be7Sderaadt 			ak = a;
172df930be7Sderaadt 			top[255] = an;
173df930be7Sderaadt 		}
174df930be7Sderaadt 		for (cp = count + bmin; nc > 0; cp++) {
175df930be7Sderaadt 			while (*cp == 0)	/* Find next non-empty pile. */
176df930be7Sderaadt 				cp++;
177df930be7Sderaadt 			if (*cp > 1) {
178df930be7Sderaadt 				if (*cp > bigc) {
179df930be7Sderaadt 					bigc = *cp;
180df930be7Sderaadt 					sp1 = sp;
181df930be7Sderaadt 				}
182df930be7Sderaadt 				push(ak, *cp, i+1);
183df930be7Sderaadt 			}
184df930be7Sderaadt 			top[cp-count] = ak += *cp;
185df930be7Sderaadt 			nc--;
186df930be7Sderaadt 		}
187df930be7Sderaadt 		swap(*sp0, *sp1, temp);	/* Play it safe -- biggest bin last. */
188df930be7Sderaadt 
189df930be7Sderaadt 		/*
190df930be7Sderaadt 		 * Permute misplacements home.  Already home: everything
191df930be7Sderaadt 		 * before aj, and in bin[c], items from top[c] on.
192df930be7Sderaadt 		 * Inner loop:
193df930be7Sderaadt 		 *	r = next element to put in place;
194df930be7Sderaadt 		 *	ak = top[r[i]] = location to put the next element.
195df930be7Sderaadt 		 *	aj = bottom of 1st disordered bin.
196df930be7Sderaadt 		 * Outer loop:
197df930be7Sderaadt 		 *	Once the 1st disordered bin is done, ie. aj >= ak,
198df930be7Sderaadt 		 *	aj<-aj + count[c] connects the bins in a linked list;
199df930be7Sderaadt 		 *	reset count[c].
200df930be7Sderaadt 		 */
201df930be7Sderaadt 		for (aj = a; aj < an;  *aj = r, aj += count[c], count[c] = 0)
202df930be7Sderaadt 			for (r = *aj;  aj < (ak = --top[c = tr[r[i]]]);)
203df930be7Sderaadt 				swap(*ak, r, t);
204df930be7Sderaadt 	}
205df930be7Sderaadt }
206df930be7Sderaadt 
207df930be7Sderaadt /* Stable sort, requiring additional memory. */
208df930be7Sderaadt void
r_sort_b(const u_char ** a,const u_char ** ta,int n,int i,const u_char * tr,u_int endch)209d8bc04e4Spat r_sort_b(const u_char **a, const u_char **ta, int n, int i, const u_char *tr,
210d8bc04e4Spat     u_int endch)
211df930be7Sderaadt {
212df930be7Sderaadt 	static int count[256], nc, bmin;
213d8bc04e4Spat 	int c;
214d8bc04e4Spat 	const u_char **ak, **ai;
215df930be7Sderaadt 	stack s[512], *sp, *sp0, *sp1, temp;
216df930be7Sderaadt 	const u_char **top[256];
217df930be7Sderaadt 	int *cp, bigc;
218df930be7Sderaadt 
219df930be7Sderaadt 	sp = s;
220df930be7Sderaadt 	push(a, n, i);
221df930be7Sderaadt 	while (!empty(s)) {
222df930be7Sderaadt 		pop(a, n, i);
223df930be7Sderaadt 		if (n < THRESHOLD) {
224df930be7Sderaadt 			simplesort(a, n, i, tr, endch);
225df930be7Sderaadt 			continue;
226df930be7Sderaadt 		}
227df930be7Sderaadt 
228df930be7Sderaadt 		if (nc == 0) {
229df930be7Sderaadt 			bmin = 255;
230df930be7Sderaadt 			for (ak = a + n; --ak >= a;) {
231df930be7Sderaadt 				c = tr[(*ak)[i]];
232df930be7Sderaadt 				if (++count[c] == 1 && c != endch) {
233df930be7Sderaadt 					if (c < bmin)
234df930be7Sderaadt 						bmin = c;
235df930be7Sderaadt 					nc++;
236df930be7Sderaadt 				}
237df930be7Sderaadt 			}
238df930be7Sderaadt 			if (sp + nc > s + SIZE) {
239df930be7Sderaadt 				r_sort_b(a, ta, n, i, tr, endch);
240df930be7Sderaadt 				continue;
241df930be7Sderaadt 			}
242df930be7Sderaadt 		}
243df930be7Sderaadt 
244df930be7Sderaadt 		sp0 = sp1 = sp;
245df930be7Sderaadt 		bigc = 2;
246df930be7Sderaadt 		if (endch == 0) {
247df930be7Sderaadt 			top[0] = ak = a + count[0];
248df930be7Sderaadt 			count[0] = 0;
249df930be7Sderaadt 		} else {
250df930be7Sderaadt 			ak = a;
251df930be7Sderaadt 			top[255] = a + n;
252df930be7Sderaadt 			count[255] = 0;
253df930be7Sderaadt 		}
254df930be7Sderaadt 		for (cp = count + bmin; nc > 0; cp++) {
255df930be7Sderaadt 			while (*cp == 0)
256df930be7Sderaadt 				cp++;
257df930be7Sderaadt 			if ((c = *cp) > 1) {
258df930be7Sderaadt 				if (c > bigc) {
259df930be7Sderaadt 					bigc = c;
260df930be7Sderaadt 					sp1 = sp;
261df930be7Sderaadt 				}
262df930be7Sderaadt 				push(ak, c, i+1);
263df930be7Sderaadt 			}
264df930be7Sderaadt 			top[cp-count] = ak += c;
265df930be7Sderaadt 			*cp = 0;			/* Reset count[]. */
266df930be7Sderaadt 			nc--;
267df930be7Sderaadt 		}
268df930be7Sderaadt 		swap(*sp0, *sp1, temp);
269df930be7Sderaadt 
270df930be7Sderaadt 		for (ak = ta + n, ai = a+n; ak > ta;)	/* Copy to temp. */
271df930be7Sderaadt 			*--ak = *--ai;
272df930be7Sderaadt 		for (ak = ta+n; --ak >= ta;)		/* Deal to piles. */
273df930be7Sderaadt 			*--top[tr[(*ak)[i]]] = *ak;
274df930be7Sderaadt 	}
275df930be7Sderaadt }
276df930be7Sderaadt 
277d6b09060Stholo static __inline void
simplesort(const u_char ** a,int n,int b,const u_char * tr,u_int endch)278d8bc04e4Spat simplesort(const u_char **a, int n, int b, const u_char *tr, u_int endch)
279d8bc04e4Spat     /* insertion sort */
280df930be7Sderaadt {
281d8bc04e4Spat 	u_char ch;
282df930be7Sderaadt 	const u_char  **ak, **ai, *s, *t;
283df930be7Sderaadt 
284df930be7Sderaadt 	for (ak = a+1; --n >= 1; ak++)
285df930be7Sderaadt 		for (ai = ak; ai > a; ai--) {
286df930be7Sderaadt 			for (s = ai[0] + b, t = ai[-1] + b;
287df930be7Sderaadt 			    (ch = tr[*s]) != endch; s++, t++)
288df930be7Sderaadt 				if (ch != tr[*t])
289df930be7Sderaadt 					break;
290df930be7Sderaadt 			if (ch >= tr[*t])
291df930be7Sderaadt 				break;
292df930be7Sderaadt 			swap(ai[0], ai[-1], s);
293df930be7Sderaadt 		}
294df930be7Sderaadt }
295