xref: /openbsd-src/lib/libc/stdlib/merge.c (revision ada4c6055c06dd6d2032a67e98d64255b3cf6c6f)
1*ada4c605Smillert /*	$OpenBSD: merge.c,v 1.10 2015/06/21 03:20:56 millert Exp $ */
2df930be7Sderaadt /*-
3df930be7Sderaadt  * Copyright (c) 1992, 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.
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  * Hybrid exponential search/linear search merge sort with hybrid
36df930be7Sderaadt  * natural/pairwise first pass.  Requires about .3% more comparisons
37df930be7Sderaadt  * for random data than LSMS with pairwise first pass alone.
38df930be7Sderaadt  * It works for objects as small as two bytes.
39df930be7Sderaadt  */
40df930be7Sderaadt 
41df930be7Sderaadt #define NATURAL
42df930be7Sderaadt #define THRESHOLD 16	/* Best choice for natural merge cut-off. */
43df930be7Sderaadt 
44df930be7Sderaadt /* #define NATURAL to get hybrid natural merge.
45df930be7Sderaadt  * (The default is pairwise merging.)
46df930be7Sderaadt  */
47df930be7Sderaadt 
48df930be7Sderaadt #include <sys/types.h>
49df930be7Sderaadt 
50df930be7Sderaadt #include <errno.h>
51df930be7Sderaadt #include <stdlib.h>
52df930be7Sderaadt #include <string.h>
53df930be7Sderaadt 
54f3c3a9c6Smillert static void setup(u_char *, u_char *, size_t, size_t, int (*)());
55f3c3a9c6Smillert static void insertionsort(u_char *, size_t, size_t, int (*)());
56df930be7Sderaadt 
57df930be7Sderaadt #define ISIZE sizeof(int)
58df930be7Sderaadt #define PSIZE sizeof(u_char *)
59df930be7Sderaadt #define ICOPY_LIST(src, dst, last)				\
60df930be7Sderaadt 	do							\
61df930be7Sderaadt 	*(int*)dst = *(int*)src, src += ISIZE, dst += ISIZE;	\
62df930be7Sderaadt 	while(src < last)
63df930be7Sderaadt #define ICOPY_ELT(src, dst, i)					\
64df930be7Sderaadt 	do							\
65df930be7Sderaadt 	*(int*) dst = *(int*) src, src += ISIZE, dst += ISIZE;	\
66df930be7Sderaadt 	while (i -= ISIZE)
67df930be7Sderaadt 
68df930be7Sderaadt #define CCOPY_LIST(src, dst, last)		\
69df930be7Sderaadt 	do					\
70df930be7Sderaadt 		*dst++ = *src++;		\
71df930be7Sderaadt 	while (src < last)
72df930be7Sderaadt #define CCOPY_ELT(src, dst, i)			\
73df930be7Sderaadt 	do					\
74df930be7Sderaadt 		*dst++ = *src++;		\
75df930be7Sderaadt 	while (i -= 1)
76df930be7Sderaadt 
77df930be7Sderaadt /*
78df930be7Sderaadt  * Find the next possible pointer head.  (Trickery for forcing an array
79df930be7Sderaadt  * to do double duty as a linked list when objects do not align with word
80df930be7Sderaadt  * boundaries.
81df930be7Sderaadt  */
82df930be7Sderaadt /* Assumption: PSIZE is a power of 2. */
83df930be7Sderaadt #define EVAL(p) (u_char **)						\
84df930be7Sderaadt 	((u_char *)0 +							\
85df930be7Sderaadt 	    (((u_char *)p + PSIZE - 1 - (u_char *) 0) & ~(PSIZE - 1)))
86df930be7Sderaadt 
87df930be7Sderaadt /*
88df930be7Sderaadt  * Arguments are as for qsort.
89df930be7Sderaadt  */
90df930be7Sderaadt int
mergesort(void * base,size_t nmemb,size_t size,int (* cmp)(const void *,const void *))91d8bc04e4Spat mergesort(void *base, size_t nmemb, size_t size,
92d8bc04e4Spat     int (*cmp)(const void *, const void *))
93df930be7Sderaadt {
94d8bc04e4Spat 	int i, sense;
95df930be7Sderaadt 	int big, iflag;
96d8bc04e4Spat 	u_char *f1, *f2, *t, *b, *tp2, *q, *l1, *l2;
97df930be7Sderaadt 	u_char *list2, *list1, *p2, *p, *last, **p1;
98df930be7Sderaadt 
99df930be7Sderaadt 	if (size < PSIZE / 2) {		/* Pointers must fit into 2 * size. */
100df930be7Sderaadt 		errno = EINVAL;
101df930be7Sderaadt 		return (-1);
102df930be7Sderaadt 	}
103df930be7Sderaadt 
104*ada4c605Smillert 	if (nmemb == 0)
105*ada4c605Smillert 		return (0);
106*ada4c605Smillert 
107df930be7Sderaadt 	/*
108df930be7Sderaadt 	 * XXX
109df930be7Sderaadt 	 * Stupid subtraction for the Cray.
110df930be7Sderaadt 	 */
111df930be7Sderaadt 	iflag = 0;
112df930be7Sderaadt 	if (!(size % ISIZE) && !(((char *)base - (char *)0) % ISIZE))
113df930be7Sderaadt 		iflag = 1;
114df930be7Sderaadt 
115df930be7Sderaadt 	if ((list2 = malloc(nmemb * size + PSIZE)) == NULL)
116df930be7Sderaadt 		return (-1);
117df930be7Sderaadt 
118df930be7Sderaadt 	list1 = base;
119df930be7Sderaadt 	setup(list1, list2, nmemb, size, cmp);
120df930be7Sderaadt 	last = list2 + nmemb * size;
121df930be7Sderaadt 	i = big = 0;
122df930be7Sderaadt 	while (*EVAL(list2) != last) {
123df930be7Sderaadt 	    l2 = list1;
124df930be7Sderaadt 	    p1 = EVAL(list1);
125df930be7Sderaadt 	    for (tp2 = p2 = list2; p2 != last; p1 = EVAL(l2)) {
126df930be7Sderaadt 	    	p2 = *EVAL(p2);
127df930be7Sderaadt 	    	f1 = l2;
128df930be7Sderaadt 	    	f2 = l1 = list1 + (p2 - list2);
129df930be7Sderaadt 	    	if (p2 != last)
130df930be7Sderaadt 	    		p2 = *EVAL(p2);
131df930be7Sderaadt 	    	l2 = list1 + (p2 - list2);
132df930be7Sderaadt 	    	while (f1 < l1 && f2 < l2) {
133df930be7Sderaadt 	    		if ((*cmp)(f1, f2) <= 0) {
134df930be7Sderaadt 	    			q = f2;
135df930be7Sderaadt 	    			b = f1, t = l1;
136df930be7Sderaadt 	    			sense = -1;
137df930be7Sderaadt 	    		} else {
138df930be7Sderaadt 	    			q = f1;
139df930be7Sderaadt 	    			b = f2, t = l2;
140df930be7Sderaadt 	    			sense = 0;
141df930be7Sderaadt 	    		}
142df930be7Sderaadt 	    		if (!big) {	/* here i = 0 */
143c8f91e0dStholo 	    			while ((b += size) < t && cmp(q, b) >sense)
144df930be7Sderaadt 	    				if (++i == 6) {
145df930be7Sderaadt 	    					big = 1;
146df930be7Sderaadt 	    					goto EXPONENTIAL;
147df930be7Sderaadt 	    				}
148df930be7Sderaadt 	    		} else {
149df930be7Sderaadt EXPONENTIAL:	    		for (i = size; ; i <<= 1)
150df930be7Sderaadt 	    				if ((p = (b + i)) >= t) {
151df930be7Sderaadt 	    					if ((p = t - size) > b &&
152df930be7Sderaadt 						    (*cmp)(q, p) <= sense)
153df930be7Sderaadt 	    						t = p;
154df930be7Sderaadt 	    					else
155df930be7Sderaadt 	    						b = p;
156df930be7Sderaadt 	    					break;
157df930be7Sderaadt 	    				} else if ((*cmp)(q, p) <= sense) {
158df930be7Sderaadt 	    					t = p;
159df930be7Sderaadt 	    					if (i == size)
160df930be7Sderaadt 	    						big = 0;
161df930be7Sderaadt 	    					goto FASTCASE;
162df930be7Sderaadt 	    				} else
163df930be7Sderaadt 	    					b = p;
164c8f91e0dStholo 		    		while (t > b+size) {
165df930be7Sderaadt 	    				i = (((t - b) / size) >> 1) * size;
166df930be7Sderaadt 	    				if ((*cmp)(q, p = b + i) <= sense)
167df930be7Sderaadt 	    					t = p;
168df930be7Sderaadt 	    				else
169df930be7Sderaadt 	    					b = p;
170df930be7Sderaadt 	    			}
171df930be7Sderaadt 	    			goto COPY;
172df930be7Sderaadt FASTCASE:	    		while (i > size)
173df930be7Sderaadt 	    				if ((*cmp)(q,
174df930be7Sderaadt 	    					p = b + (i >>= 1)) <= sense)
175df930be7Sderaadt 	    					t = p;
176df930be7Sderaadt 	    				else
177df930be7Sderaadt 	    					b = p;
178df930be7Sderaadt COPY:	    			b = t;
179df930be7Sderaadt 	    		}
180df930be7Sderaadt 	    		i = size;
181df930be7Sderaadt 	    		if (q == f1) {
182df930be7Sderaadt 	    			if (iflag) {
183df930be7Sderaadt 	    				ICOPY_LIST(f2, tp2, b);
184df930be7Sderaadt 	    				ICOPY_ELT(f1, tp2, i);
185df930be7Sderaadt 	    			} else {
186df930be7Sderaadt 	    				CCOPY_LIST(f2, tp2, b);
187df930be7Sderaadt 	    				CCOPY_ELT(f1, tp2, i);
188df930be7Sderaadt 	    			}
189df930be7Sderaadt 	    		} else {
190df930be7Sderaadt 	    			if (iflag) {
191df930be7Sderaadt 	    				ICOPY_LIST(f1, tp2, b);
192df930be7Sderaadt 	    				ICOPY_ELT(f2, tp2, i);
193df930be7Sderaadt 	    			} else {
194df930be7Sderaadt 	    				CCOPY_LIST(f1, tp2, b);
195df930be7Sderaadt 	    				CCOPY_ELT(f2, tp2, i);
196df930be7Sderaadt 	    			}
197df930be7Sderaadt 	    		}
198df930be7Sderaadt 	    	}
199df930be7Sderaadt 	    	if (f2 < l2) {
200df930be7Sderaadt 	    		if (iflag)
201df930be7Sderaadt 	    			ICOPY_LIST(f2, tp2, l2);
202df930be7Sderaadt 	    		else
203df930be7Sderaadt 	    			CCOPY_LIST(f2, tp2, l2);
204df930be7Sderaadt 	    	} else if (f1 < l1) {
205df930be7Sderaadt 	    		if (iflag)
206df930be7Sderaadt 	    			ICOPY_LIST(f1, tp2, l1);
207df930be7Sderaadt 	    		else
208df930be7Sderaadt 	    			CCOPY_LIST(f1, tp2, l1);
209df930be7Sderaadt 	    	}
210df930be7Sderaadt 	    	*p1 = l2;
211df930be7Sderaadt 	    }
212df930be7Sderaadt 	    tp2 = list1;	/* swap list1, list2 */
213df930be7Sderaadt 	    list1 = list2;
214df930be7Sderaadt 	    list2 = tp2;
215df930be7Sderaadt 	    last = list2 + nmemb*size;
216df930be7Sderaadt 	}
217df930be7Sderaadt 	if (base == list2) {
218df930be7Sderaadt 		memmove(list2, list1, nmemb*size);
219df930be7Sderaadt 		list2 = list1;
220df930be7Sderaadt 	}
221df930be7Sderaadt 	free(list2);
222df930be7Sderaadt 	return (0);
223df930be7Sderaadt }
224df930be7Sderaadt 
225df930be7Sderaadt #define	swap(a, b) {					\
226df930be7Sderaadt 		s = b;					\
227df930be7Sderaadt 		i = size;				\
228df930be7Sderaadt 		do {					\
229df930be7Sderaadt 			tmp = *a; *a++ = *s; *s++ = tmp; \
230df930be7Sderaadt 		} while (--i);				\
231df930be7Sderaadt 		a -= size;				\
232df930be7Sderaadt 	}
233df930be7Sderaadt #define reverse(bot, top) {				\
234df930be7Sderaadt 	s = top;					\
235df930be7Sderaadt 	do {						\
236df930be7Sderaadt 		i = size;				\
237df930be7Sderaadt 		do {					\
238df930be7Sderaadt 			tmp = *bot; *bot++ = *s; *s++ = tmp; \
239df930be7Sderaadt 		} while (--i);				\
240df930be7Sderaadt 		s -= size2;				\
241df930be7Sderaadt 	} while(bot < s);				\
242df930be7Sderaadt }
243df930be7Sderaadt 
244df930be7Sderaadt /*
245df930be7Sderaadt  * Optional hybrid natural/pairwise first pass.  Eats up list1 in runs of
246df930be7Sderaadt  * increasing order, list2 in a corresponding linked list.  Checks for runs
247df930be7Sderaadt  * when THRESHOLD/2 pairs compare with same sense.  (Only used when NATURAL
248df930be7Sderaadt  * is defined.  Otherwise simple pairwise merging is used.)
249df930be7Sderaadt  */
250df930be7Sderaadt void
setup(u_char * list1,u_char * list2,size_t n,size_t size,int (* cmp)(const void *,const void *))251d8bc04e4Spat setup(u_char *list1, u_char *list2, size_t n, size_t size,
252d8bc04e4Spat     int (*cmp)(const void *, const void *))
253df930be7Sderaadt {
254b97fbc92Sderaadt 	int i, length, size2, sense;
255b97fbc92Sderaadt 	u_char tmp, *f1, *f2, *s, *l2, *last, *p2;
256df930be7Sderaadt 
257df930be7Sderaadt 	size2 = size*2;
258df930be7Sderaadt 	if (n <= 5) {
259df930be7Sderaadt 		insertionsort(list1, n, size, cmp);
260df930be7Sderaadt 		*EVAL(list2) = (u_char*) list2 + n*size;
261df930be7Sderaadt 		return;
262df930be7Sderaadt 	}
263df930be7Sderaadt 	/*
264df930be7Sderaadt 	 * Avoid running pointers out of bounds; limit n to evens
265df930be7Sderaadt 	 * for simplicity.
266df930be7Sderaadt 	 */
267df930be7Sderaadt 	i = 4 + (n & 1);
268df930be7Sderaadt 	insertionsort(list1 + (n - i) * size, i, size, cmp);
269df930be7Sderaadt 	last = list1 + size * (n - i);
270df930be7Sderaadt 	*EVAL(list2 + (last - list1)) = list2 + n * size;
271df930be7Sderaadt 
272df930be7Sderaadt #ifdef NATURAL
273df930be7Sderaadt 	p2 = list2;
274df930be7Sderaadt 	f1 = list1;
275df930be7Sderaadt 	sense = (cmp(f1, f1 + size) > 0);
276df930be7Sderaadt 	for (; f1 < last; sense = !sense) {
277df930be7Sderaadt 		length = 2;
278df930be7Sderaadt 					/* Find pairs with same sense. */
279df930be7Sderaadt 		for (f2 = f1 + size2; f2 < last; f2 += size2) {
280df930be7Sderaadt 			if ((cmp(f2, f2+ size) > 0) != sense)
281df930be7Sderaadt 				break;
282df930be7Sderaadt 			length += 2;
283df930be7Sderaadt 		}
284df930be7Sderaadt 		if (length < THRESHOLD) {		/* Pairwise merge */
285df930be7Sderaadt 			do {
286df930be7Sderaadt 				p2 = *EVAL(p2) = f1 + size2 - list1 + list2;
287df930be7Sderaadt 				if (sense > 0)
288df930be7Sderaadt 					swap (f1, f1 + size);
289df930be7Sderaadt 			} while ((f1 += size2) < f2);
290df930be7Sderaadt 		} else {				/* Natural merge */
291df930be7Sderaadt 			l2 = f2;
292df930be7Sderaadt 			for (f2 = f1 + size2; f2 < l2; f2 += size2) {
293df930be7Sderaadt 				if ((cmp(f2-size, f2) > 0) != sense) {
294df930be7Sderaadt 					p2 = *EVAL(p2) = f2 - list1 + list2;
295df930be7Sderaadt 					if (sense > 0)
296df930be7Sderaadt 						reverse(f1, f2-size);
297df930be7Sderaadt 					f1 = f2;
298df930be7Sderaadt 				}
299df930be7Sderaadt 			}
300df930be7Sderaadt 			if (sense > 0)
301df930be7Sderaadt 				reverse (f1, f2-size);
302df930be7Sderaadt 			f1 = f2;
303df930be7Sderaadt 			if (f2 < last || cmp(f2 - size, f2) > 0)
304df930be7Sderaadt 				p2 = *EVAL(p2) = f2 - list1 + list2;
305df930be7Sderaadt 			else
306df930be7Sderaadt 				p2 = *EVAL(p2) = list2 + n*size;
307df930be7Sderaadt 		}
308df930be7Sderaadt 	}
309df930be7Sderaadt #else		/* pairwise merge only. */
310df930be7Sderaadt 	for (f1 = list1, p2 = list2; f1 < last; f1 += size2) {
311df930be7Sderaadt 		p2 = *EVAL(p2) = p2 + size2;
312df930be7Sderaadt 		if (cmp (f1, f1 + size) > 0)
313df930be7Sderaadt 			swap(f1, f1 + size);
314df930be7Sderaadt 	}
315df930be7Sderaadt #endif /* NATURAL */
316df930be7Sderaadt }
317df930be7Sderaadt 
318df930be7Sderaadt /*
319df930be7Sderaadt  * This is to avoid out-of-bounds addresses in sorting the
320df930be7Sderaadt  * last 4 elements.
321df930be7Sderaadt  */
322df930be7Sderaadt static void
insertionsort(u_char * a,size_t n,size_t size,int (* cmp)(const void *,const void *))323d8bc04e4Spat insertionsort(u_char *a, size_t n, size_t size,
324d8bc04e4Spat     int (*cmp)(const void *, const void *))
325df930be7Sderaadt {
326df930be7Sderaadt 	u_char *ai, *s, *t, *u, tmp;
327df930be7Sderaadt 	int i;
328df930be7Sderaadt 
329df930be7Sderaadt 	for (ai = a+size; --n >= 1; ai += size)
330df930be7Sderaadt 		for (t = ai; t > a; t -= size) {
331df930be7Sderaadt 			u = t - size;
332df930be7Sderaadt 			if (cmp(u, t) <= 0)
333df930be7Sderaadt 				break;
334df930be7Sderaadt 			swap(u, t);
335df930be7Sderaadt 		}
336df930be7Sderaadt }
337