xref: /minix3/external/bsd/bind/dist/lib/isc/heap.c (revision 00b67f09dd46474d133c95011a48590a8e8f94c7)
1*00b67f09SDavid van Moolenbroek /*	$NetBSD: heap.c,v 1.7 2014/12/10 04:37:59 christos Exp $	*/
2*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
3*00b67f09SDavid van Moolenbroek /*
4*00b67f09SDavid van Moolenbroek  * Copyright (C) 2004-2007, 2010-2014  Internet Systems Consortium, Inc. ("ISC")
5*00b67f09SDavid van Moolenbroek  * Copyright (C) 1997-2001  Internet Software Consortium.
6*00b67f09SDavid van Moolenbroek  *
7*00b67f09SDavid van Moolenbroek  * Permission to use, copy, modify, and/or distribute this software for any
8*00b67f09SDavid van Moolenbroek  * purpose with or without fee is hereby granted, provided that the above
9*00b67f09SDavid van Moolenbroek  * copyright notice and this permission notice appear in all copies.
10*00b67f09SDavid van Moolenbroek  *
11*00b67f09SDavid van Moolenbroek  * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS" AND ISC DISCLAIMS ALL WARRANTIES WITH
12*00b67f09SDavid van Moolenbroek  * REGARD TO THIS SOFTWARE INCLUDING ALL IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY
13*00b67f09SDavid van Moolenbroek  * AND FITNESS.  IN NO EVENT SHALL ISC BE LIABLE FOR ANY SPECIAL, DIRECT,
14*00b67f09SDavid van Moolenbroek  * INDIRECT, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES OR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM
15*00b67f09SDavid van Moolenbroek  * LOSS OF USE, DATA OR PROFITS, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, NEGLIGENCE
16*00b67f09SDavid van Moolenbroek  * OR OTHER TORTIOUS ACTION, ARISING OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE USE OR
17*00b67f09SDavid van Moolenbroek  * PERFORMANCE OF THIS SOFTWARE.
18*00b67f09SDavid van Moolenbroek  */
19*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
20*00b67f09SDavid van Moolenbroek /* Id */
21*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
22*00b67f09SDavid van Moolenbroek /*! \file
23*00b67f09SDavid van Moolenbroek  * Heap implementation of priority queues adapted from the following:
24*00b67f09SDavid van Moolenbroek  *
25*00b67f09SDavid van Moolenbroek  *	\li "Introduction to Algorithms," Cormen, Leiserson, and Rivest,
26*00b67f09SDavid van Moolenbroek  *	MIT Press / McGraw Hill, 1990, ISBN 0-262-03141-8, chapter 7.
27*00b67f09SDavid van Moolenbroek  *
28*00b67f09SDavid van Moolenbroek  *	\li "Algorithms," Second Edition, Sedgewick, Addison-Wesley, 1988,
29*00b67f09SDavid van Moolenbroek  *	ISBN 0-201-06673-4, chapter 11.
30*00b67f09SDavid van Moolenbroek  */
31*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
32*00b67f09SDavid van Moolenbroek #include <config.h>
33*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
34*00b67f09SDavid van Moolenbroek #include <isc/heap.h>
35*00b67f09SDavid van Moolenbroek #include <isc/magic.h>
36*00b67f09SDavid van Moolenbroek #include <isc/mem.h>
37*00b67f09SDavid van Moolenbroek #include <isc/string.h>		/* Required for memmove. */
38*00b67f09SDavid van Moolenbroek #include <isc/util.h>
39*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
40*00b67f09SDavid van Moolenbroek /*@{*/
41*00b67f09SDavid van Moolenbroek /*%
42*00b67f09SDavid van Moolenbroek  * Note: to make heap_parent and heap_left easy to compute, the first
43*00b67f09SDavid van Moolenbroek  * element of the heap array is not used; i.e. heap subscripts are 1-based,
44*00b67f09SDavid van Moolenbroek  * not 0-based.  The parent is index/2, and the left-child is index*2.
45*00b67f09SDavid van Moolenbroek  * The right child is index*2+1.
46*00b67f09SDavid van Moolenbroek  */
47*00b67f09SDavid van Moolenbroek #define heap_parent(i)			((i) >> 1)
48*00b67f09SDavid van Moolenbroek #define heap_left(i)			((i) << 1)
49*00b67f09SDavid van Moolenbroek /*@}*/
50*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
51*00b67f09SDavid van Moolenbroek #define SIZE_INCREMENT			1024
52*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
53*00b67f09SDavid van Moolenbroek #define HEAP_MAGIC			ISC_MAGIC('H', 'E', 'A', 'P')
54*00b67f09SDavid van Moolenbroek #define VALID_HEAP(h)			ISC_MAGIC_VALID(h, HEAP_MAGIC)
55*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
56*00b67f09SDavid van Moolenbroek /*%
57*00b67f09SDavid van Moolenbroek  * When the heap is in a consistent state, the following invariant
58*00b67f09SDavid van Moolenbroek  * holds true: for every element i > 1, heap_parent(i) has a priority
59*00b67f09SDavid van Moolenbroek  * higher than or equal to that of i.
60*00b67f09SDavid van Moolenbroek  */
61*00b67f09SDavid van Moolenbroek #define HEAPCONDITION(i) ((i) == 1 || \
62*00b67f09SDavid van Moolenbroek 			  ! heap->compare(heap->array[(i)], \
63*00b67f09SDavid van Moolenbroek 					  heap->array[heap_parent(i)]))
64*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
65*00b67f09SDavid van Moolenbroek /*% ISC heap structure. */
66*00b67f09SDavid van Moolenbroek struct isc_heap {
67*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	unsigned int			magic;
68*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	isc_mem_t *			mctx;
69*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	unsigned int			size;
70*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	unsigned int			size_increment;
71*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	unsigned int			last;
72*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	void				**array;
73*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	isc_heapcompare_t		compare;
74*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	isc_heapindex_t			index;
75*00b67f09SDavid van Moolenbroek };
76*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
77*00b67f09SDavid van Moolenbroek isc_result_t
isc_heap_create(isc_mem_t * mctx,isc_heapcompare_t compare,isc_heapindex_t index,unsigned int size_increment,isc_heap_t ** heapp)78*00b67f09SDavid van Moolenbroek isc_heap_create(isc_mem_t *mctx, isc_heapcompare_t compare,
79*00b67f09SDavid van Moolenbroek 		isc_heapindex_t index, unsigned int size_increment,
80*00b67f09SDavid van Moolenbroek 		isc_heap_t **heapp)
81*00b67f09SDavid van Moolenbroek {
82*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	isc_heap_t *heap;
83*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
84*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	REQUIRE(heapp != NULL && *heapp == NULL);
85*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	REQUIRE(compare != NULL);
86*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
87*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	heap = isc_mem_get(mctx, sizeof(*heap));
88*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	if (heap == NULL)
89*00b67f09SDavid van Moolenbroek 		return (ISC_R_NOMEMORY);
90*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	heap->magic = HEAP_MAGIC;
91*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	heap->size = 0;
92*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	heap->mctx = NULL;
93*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	isc_mem_attach(mctx, &heap->mctx);
94*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	if (size_increment == 0)
95*00b67f09SDavid van Moolenbroek 		heap->size_increment = SIZE_INCREMENT;
96*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	else
97*00b67f09SDavid van Moolenbroek 		heap->size_increment = size_increment;
98*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	heap->last = 0;
99*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	heap->array = NULL;
100*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	heap->compare = compare;
101*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	heap->index = index;
102*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
103*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	*heapp = heap;
104*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
105*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	return (ISC_R_SUCCESS);
106*00b67f09SDavid van Moolenbroek }
107*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
108*00b67f09SDavid van Moolenbroek void
isc_heap_destroy(isc_heap_t ** heapp)109*00b67f09SDavid van Moolenbroek isc_heap_destroy(isc_heap_t **heapp) {
110*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	isc_heap_t *heap;
111*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
112*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	REQUIRE(heapp != NULL);
113*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	heap = *heapp;
114*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	REQUIRE(VALID_HEAP(heap));
115*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
116*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	if (heap->array != NULL)
117*00b67f09SDavid van Moolenbroek 		isc_mem_put(heap->mctx, heap->array,
118*00b67f09SDavid van Moolenbroek 			    heap->size * sizeof(void *));
119*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	heap->magic = 0;
120*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	isc_mem_putanddetach(&heap->mctx, heap, sizeof(*heap));
121*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
122*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	*heapp = NULL;
123*00b67f09SDavid van Moolenbroek }
124*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
125*00b67f09SDavid van Moolenbroek static isc_boolean_t
resize(isc_heap_t * heap)126*00b67f09SDavid van Moolenbroek resize(isc_heap_t *heap) {
127*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	void **new_array;
128*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	unsigned int new_size;
129*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
130*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	REQUIRE(VALID_HEAP(heap));
131*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
132*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	new_size = heap->size + heap->size_increment;
133*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	new_array = isc_mem_get(heap->mctx, new_size * sizeof(void *));
134*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	if (new_array == NULL)
135*00b67f09SDavid van Moolenbroek 		return (ISC_FALSE);
136*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	if (heap->array != NULL) {
137*00b67f09SDavid van Moolenbroek 		memmove(new_array, heap->array, heap->size * sizeof(void *));
138*00b67f09SDavid van Moolenbroek 		isc_mem_put(heap->mctx, heap->array,
139*00b67f09SDavid van Moolenbroek 			    heap->size * sizeof(void *));
140*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	}
141*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	heap->size = new_size;
142*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	heap->array = new_array;
143*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
144*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	return (ISC_TRUE);
145*00b67f09SDavid van Moolenbroek }
146*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
147*00b67f09SDavid van Moolenbroek static void
float_up(isc_heap_t * heap,unsigned int i,void * elt)148*00b67f09SDavid van Moolenbroek float_up(isc_heap_t *heap, unsigned int i, void *elt) {
149*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	unsigned int p;
150*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
151*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	for (p = heap_parent(i) ;
152*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	     i > 1 && heap->compare(elt, heap->array[p]) ;
153*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	     i = p, p = heap_parent(i)) {
154*00b67f09SDavid van Moolenbroek 		heap->array[i] = heap->array[p];
155*00b67f09SDavid van Moolenbroek 		if (heap->index != NULL)
156*00b67f09SDavid van Moolenbroek 			(heap->index)(heap->array[i], i);
157*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	}
158*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	heap->array[i] = elt;
159*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	if (heap->index != NULL)
160*00b67f09SDavid van Moolenbroek 		(heap->index)(heap->array[i], i);
161*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
162*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	INSIST(HEAPCONDITION(i));
163*00b67f09SDavid van Moolenbroek }
164*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
165*00b67f09SDavid van Moolenbroek static void
sink_down(isc_heap_t * heap,unsigned int i,void * elt)166*00b67f09SDavid van Moolenbroek sink_down(isc_heap_t *heap, unsigned int i, void *elt) {
167*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	unsigned int j, size, half_size;
168*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	size = heap->last;
169*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	half_size = size / 2;
170*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	while (i <= half_size) {
171*00b67f09SDavid van Moolenbroek 		/* Find the smallest of the (at most) two children. */
172*00b67f09SDavid van Moolenbroek 		j = heap_left(i);
173*00b67f09SDavid van Moolenbroek 		if (j < size && heap->compare(heap->array[j+1],
174*00b67f09SDavid van Moolenbroek 					      heap->array[j]))
175*00b67f09SDavid van Moolenbroek 			j++;
176*00b67f09SDavid van Moolenbroek 		if (heap->compare(elt, heap->array[j]))
177*00b67f09SDavid van Moolenbroek 			break;
178*00b67f09SDavid van Moolenbroek 		heap->array[i] = heap->array[j];
179*00b67f09SDavid van Moolenbroek 		if (heap->index != NULL)
180*00b67f09SDavid van Moolenbroek 			(heap->index)(heap->array[i], i);
181*00b67f09SDavid van Moolenbroek 		i = j;
182*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	}
183*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	heap->array[i] = elt;
184*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	if (heap->index != NULL)
185*00b67f09SDavid van Moolenbroek 		(heap->index)(heap->array[i], i);
186*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
187*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	INSIST(HEAPCONDITION(i));
188*00b67f09SDavid van Moolenbroek }
189*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
190*00b67f09SDavid van Moolenbroek isc_result_t
isc_heap_insert(isc_heap_t * heap,void * elt)191*00b67f09SDavid van Moolenbroek isc_heap_insert(isc_heap_t *heap, void *elt) {
192*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	unsigned int new_last;
193*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
194*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	REQUIRE(VALID_HEAP(heap));
195*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
196*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	new_last = heap->last + 1;
197*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	RUNTIME_CHECK(new_last > 0); /* overflow check */
198*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	if (new_last >= heap->size && !resize(heap))
199*00b67f09SDavid van Moolenbroek 		return (ISC_R_NOMEMORY);
200*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	heap->last = new_last;
201*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
202*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	float_up(heap, new_last, elt);
203*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
204*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	return (ISC_R_SUCCESS);
205*00b67f09SDavid van Moolenbroek }
206*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
207*00b67f09SDavid van Moolenbroek void
isc_heap_delete(isc_heap_t * heap,unsigned int index)208*00b67f09SDavid van Moolenbroek isc_heap_delete(isc_heap_t *heap, unsigned int index) {
209*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	void *elt;
210*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	isc_boolean_t less;
211*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
212*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	REQUIRE(VALID_HEAP(heap));
213*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	REQUIRE(index >= 1 && index <= heap->last);
214*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
215*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	if (index == heap->last) {
216*00b67f09SDavid van Moolenbroek 		heap->array[heap->last] = NULL;
217*00b67f09SDavid van Moolenbroek 		heap->last--;
218*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	} else {
219*00b67f09SDavid van Moolenbroek 		elt = heap->array[heap->last];
220*00b67f09SDavid van Moolenbroek 		heap->array[heap->last] = NULL;
221*00b67f09SDavid van Moolenbroek 		heap->last--;
222*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
223*00b67f09SDavid van Moolenbroek 		less = heap->compare(elt, heap->array[index]);
224*00b67f09SDavid van Moolenbroek 		heap->array[index] = elt;
225*00b67f09SDavid van Moolenbroek 		if (less)
226*00b67f09SDavid van Moolenbroek 			float_up(heap, index, heap->array[index]);
227*00b67f09SDavid van Moolenbroek 		else
228*00b67f09SDavid van Moolenbroek 			sink_down(heap, index, heap->array[index]);
229*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	}
230*00b67f09SDavid van Moolenbroek }
231*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
232*00b67f09SDavid van Moolenbroek void
isc_heap_increased(isc_heap_t * heap,unsigned int index)233*00b67f09SDavid van Moolenbroek isc_heap_increased(isc_heap_t *heap, unsigned int index) {
234*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	REQUIRE(VALID_HEAP(heap));
235*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	REQUIRE(index >= 1 && index <= heap->last);
236*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
237*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	float_up(heap, index, heap->array[index]);
238*00b67f09SDavid van Moolenbroek }
239*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
240*00b67f09SDavid van Moolenbroek void
isc_heap_decreased(isc_heap_t * heap,unsigned int index)241*00b67f09SDavid van Moolenbroek isc_heap_decreased(isc_heap_t *heap, unsigned int index) {
242*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	REQUIRE(VALID_HEAP(heap));
243*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	REQUIRE(index >= 1 && index <= heap->last);
244*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
245*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	sink_down(heap, index, heap->array[index]);
246*00b67f09SDavid van Moolenbroek }
247*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
248*00b67f09SDavid van Moolenbroek void *
isc_heap_element(isc_heap_t * heap,unsigned int index)249*00b67f09SDavid van Moolenbroek isc_heap_element(isc_heap_t *heap, unsigned int index) {
250*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	REQUIRE(VALID_HEAP(heap));
251*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	REQUIRE(index >= 1);
252*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
253*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	if (index <= heap->last)
254*00b67f09SDavid van Moolenbroek 		return (heap->array[index]);
255*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	return (NULL);
256*00b67f09SDavid van Moolenbroek }
257*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
258*00b67f09SDavid van Moolenbroek void
isc_heap_foreach(isc_heap_t * heap,isc_heapaction_t action,void * uap)259*00b67f09SDavid van Moolenbroek isc_heap_foreach(isc_heap_t *heap, isc_heapaction_t action, void *uap) {
260*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	unsigned int i;
261*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
262*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	REQUIRE(VALID_HEAP(heap));
263*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	REQUIRE(action != NULL);
264*00b67f09SDavid van Moolenbroek 
265*00b67f09SDavid van Moolenbroek 	for (i = 1 ; i <= heap->last ; i++)
266*00b67f09SDavid van Moolenbroek 		(action)(heap->array[i], uap);
267*00b67f09SDavid van Moolenbroek }
268