]> Pileus Git - grits/blobdiff - src/gpqueue.c
Splitting out libgis
[grits] / src / gpqueue.c
diff --git a/src/gpqueue.c b/src/gpqueue.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..5989987
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,591 @@
+#include <glib.h>
+#include "gpqueue.h"
+
+/**
+ * SECTION:priority_queues
+ * @short_description: a collection of data entries with associated priority
+ * values that returns entries one by one in order of priority
+ * 
+ * <para>
+ * The #GPQueue structure and its associated functions provide a sorted
+ * collection of objects. Entries can be inserted in any order and at any time,
+ * and an entry's priority can be changed after it has been inserted into the
+ * queue. Entries are supposed to be removed one at a time in order of priority
+ * with g_pqueue_pop(), but deleting entries out of order is possible.
+ * </para>
+ * <para>
+ * The entries <emphasis>cannot</emphasis> be iterated over in any way other
+ * than removing them one by one in order of priority, but when doing that,
+ * this structure is far more efficient than sorted lists or balanced trees,
+ * which on the other hand do not suffer from this restriction.
+ * </para>
+ * <para>
+ * You will want to be very careful with calls that use #GPQueueHandle.
+ * Handles immediately become invalid when an entry is removed from a #GPQueue,
+ * but the current implementation cannot detect this and will do unfortunate
+ * things to undefined memory locations if you try to use an invalid handle.
+ * </para>
+ * <note>
+ *   <para>
+ *     Internally, #GPQueue currently uses a Fibonacci heap to store
+ *     the entries. This implementation detail may change.
+ *   </para>
+ * </note>
+ **/
+
+struct _GPQueueNode {
+  GPQueueNode *next;
+  GPQueueNode *prev;
+  GPQueueNode *parent;
+  GPQueueNode *child;
+
+  gpointer data;
+
+  gint degree;
+  gboolean marked;
+};
+
+struct _GPQueue {
+  GPQueueNode *root;
+  GCompareDataFunc cmp;
+  gpointer *cmpdata;
+};
+
+/**
+ * g_pqueue_new:
+ * @compare_func: the #GCompareDataFunc used to sort the new priority queue.
+ *   This function is passed two elements of the queue and should return 0 if
+ *   they are equal, a negative value if the first comes before the second, and
+ *   a positive value if the second comes before the first.
+ * @compare_userdata: user data passed to @compare_func
+ * 
+ * Creates a new #GPQueue.
+ * 
+ * Returns: a new #GPQueue.
+ * 
+ * Since: 2.x
+ **/
+GPQueue*
+g_pqueue_new (GCompareDataFunc compare_func,
+              gpointer *compare_userdata)
+{
+  g_return_val_if_fail (compare_func != NULL, NULL);
+
+  GPQueue *pqueue = g_slice_new (GPQueue);
+  pqueue->root = NULL;
+  pqueue->cmp = compare_func;
+  pqueue->cmpdata = compare_userdata;
+  return pqueue;
+}
+
+/**
+ * g_pqueue_is_empty:
+ * @pqueue: a #GPQueue.
+ * 
+ * Returns %TRUE if the queue is empty.
+ * 
+ * Returns: %TRUE if the queue is empty.
+ * 
+ * Since: 2.x
+ **/
+gboolean
+g_pqueue_is_empty (GPQueue *pqueue)
+{
+  return (pqueue->root == NULL);
+}
+
+static void
+g_pqueue_node_foreach (GPQueueNode *node,
+                       GPQueueNode *stop,
+                       GFunc func,
+                      gpointer user_data)
+{
+  if (node == NULL || node == stop) return;
+  func(node->data, user_data);
+  if (stop == NULL) stop = node;
+  g_pqueue_node_foreach (node->next,  stop, func, user_data);
+  g_pqueue_node_foreach (node->child, NULL, func, user_data);
+}
+
+/**
+ * g_pqueue_foreach:
+ * @pqueue: a #GQueue.
+ * @func: the function to call for each element's data
+ * @user_data: user data to pass to func
+ *
+ * Calls func for each element in the pqueue passing user_data to the function.
+ * 
+ * Since: 2.x
+ */
+void
+g_pqueue_foreach (GPQueue *pqueue,
+                  GFunc func,
+                 gpointer user_data)
+{
+  g_pqueue_node_foreach (pqueue->root, NULL, func, user_data);
+}
+
+static void
+g_pqueue_add_ptr_cb (gpointer obj, GPtrArray *ptrs)
+{
+       g_ptr_array_add(ptrs, obj);
+}
+/**
+ * g_pqueue_get_array:
+ * @pqueue: a #GQueue.
+ *
+ * Construct a GPtrArray for the items in pqueue. This can be useful when
+ * updating the priorities of all the elements in pqueue.
+ *
+ * Returns: A GPtrArray containing a pointer to each item in pqueue
+ * 
+ * Since: 2.x
+ */
+GPtrArray *
+g_pqueue_get_array (GPQueue *pqueue)
+{
+       GPtrArray *ptrs = g_ptr_array_new();
+       g_pqueue_foreach(pqueue, (GFunc)g_pqueue_add_ptr_cb, ptrs);
+       return ptrs;
+}
+
+static inline gint
+cmp (GPQueue *pqueue,
+     GPQueueNode *a,
+     GPQueueNode *b)
+{
+  return pqueue->cmp (a->data, b->data, pqueue->cmpdata);
+}
+
+static inline void
+g_pqueue_node_cut (GPQueueNode *src)
+{
+  src->prev->next = src->next;
+  src->next->prev = src->prev;
+  src->next = src;
+  src->prev = src;
+}
+
+static inline void
+g_pqueue_node_insert_before (GPQueueNode *dest,
+                             GPQueueNode *src)
+{
+  GPQueueNode *prev;
+
+  prev = dest->prev;
+  dest->prev = src->prev;
+  src->prev->next = dest;
+  src->prev = prev;
+  prev->next = src;
+}
+
+static inline void
+g_pqueue_node_insert_after (GPQueueNode *dest,
+                            GPQueueNode *src)
+{
+  GPQueueNode *next;
+
+  next = dest->next;
+  dest->next = src;
+  src->prev->next = next;
+  next->prev = src->prev;
+  src->prev = dest;
+}
+
+/**
+ * g_pqueue_push:
+ * @pqueue: a #GPQueue.
+ * @data: the object to insert into the priority queue.
+ * 
+ * Inserts a new entry into a #GPQueue.
+ * 
+ * The returned handle can be used in calls to g_pqueue_remove() and
+ * g_pqueue_priority_changed(). Never make such calls for entries that have
+ * already been removed from the queue. The same @data can be inserted into
+ * a #GPQueue more than once, but remember that in this case,
+ * g_pqueue_priority_changed() needs to be called for
+ * <emphasis>every</emphasis> handle for that object if its priority changes.
+ * 
+ * Returns: a handle for the freshly inserted entry.
+ * 
+ * Since: 2.x
+ **/
+GPQueueHandle
+g_pqueue_push (GPQueue *pqueue,
+               gpointer data)
+{
+  GPQueueNode *e;
+
+  e = g_slice_new (GPQueueNode);
+  e->next = e;
+  e->prev = e;
+  e->parent = NULL;
+  e->child = NULL;
+  e->data = data;
+  e->degree = 0;
+  e->marked = FALSE;
+
+  if (pqueue->root != NULL) {
+    g_pqueue_node_insert_before (pqueue->root, e);
+    if (cmp (pqueue, e, pqueue->root) < 0)
+      pqueue->root = e;
+  } else {
+    pqueue->root = e;
+  }
+
+  return e;
+}
+
+/**
+ * g_pqueue_peek:
+ * @pqueue: a #GPQueue.
+ * 
+ * Returns the topmost entry's data pointer, or %NULL if the queue is empty.
+ * 
+ * If you need to tell the difference between an empty queue and a queue
+ * that happens to have a %NULL pointer at the top, check if the queue is
+ * empty first.
+ * 
+ * Returns: the topmost entry's data pointer, or %NULL if the queue is empty.
+ * 
+ * Since: 2.x
+ **/
+gpointer
+g_pqueue_peek (GPQueue *pqueue)
+{
+  return (pqueue->root != NULL) ? pqueue->root->data : NULL;
+}
+
+static inline GPQueueNode*
+g_pqueue_make_child (GPQueueNode *a,
+                     GPQueueNode *b)
+{
+  g_pqueue_node_cut(b);
+  if (a->child != NULL) {
+    g_pqueue_node_insert_before (a->child, b);
+    a->degree += 1;
+  } else {
+    a->child = b;
+    a->degree = 1;
+  }
+  b->parent = a;
+  return a;
+}
+
+static inline GPQueueNode*
+g_pqueue_join_trees (GPQueue *pqueue,
+                     GPQueueNode *a,
+                     GPQueueNode *b)
+{
+  if (cmp (pqueue, a, b) < 0)
+    return g_pqueue_make_child (a, b);
+  return g_pqueue_make_child (b, a);
+}
+
+static void
+g_pqueue_fix_rootlist (GPQueue* pqueue)
+{
+  gsize degnode_size;
+  GPQueueNode **degnode;
+  GPQueueNode sentinel;
+  GPQueueNode *current;
+  GPQueueNode *minimum;
+
+  /* We need to iterate over the circular list we are given and do
+   * several things:
+   * - Make sure all the elements are unmarked
+   * - Make sure to return the element in the list with smallest
+   *   priority value
+   * - Find elements of identical degree and join them into trees
+   * The last point is irrelevant for correctness, but essential
+   * for performance. If we did not do this, our data structure would
+   * degrade into an unsorted linked list.
+   */
+
+  degnode_size = (8 * sizeof(gpointer) + 1) * sizeof(gpointer);
+  degnode = g_slice_alloc0 (degnode_size);
+
+  sentinel.next = &sentinel;
+  sentinel.prev = &sentinel;
+  g_pqueue_node_insert_before (pqueue->root, &sentinel);
+
+  current = pqueue->root;
+  while (current != &sentinel) {
+    current->marked = FALSE;
+    current->parent = NULL;
+    gint d = current->degree;
+    if (degnode[d] == NULL) {
+      degnode[d] = current;
+      current = current->next;
+    } else {
+      if (degnode[d] != current) {
+        current = g_pqueue_join_trees (pqueue, degnode[d], current);
+        degnode[d] = NULL;
+      } else {
+        current = current->next;
+      }
+    }
+  }
+
+  current = sentinel.next;
+  minimum = current;
+  while (current != &sentinel) {
+    if (cmp (pqueue, current, minimum) < 0)
+      minimum = current;
+    current = current->next;
+  }
+  pqueue->root = minimum;
+
+  g_pqueue_node_cut (&sentinel);
+
+  g_slice_free1 (degnode_size, degnode);
+}
+
+static void
+g_pqueue_remove_root (GPQueue *pqueue,
+                      GPQueueNode *root)
+{
+  /* This removes a node at the root _level_ of the structure, which can be,
+   * but does not have to be, the actual pqueue->root node. That is why
+   * we require an explicit pointer to the node to be removed instead of just
+   * removing pqueue->root implictly.
+   */
+
+  /* Step one:
+   * If root has any children, pull them up to root level.
+   * At this time, we only deal with their next/prev pointers,
+   * further changes are made later in g_pqueue_fix_rootlist().
+   */
+  if (root->child) {
+    g_pqueue_node_insert_after (root, root->child);
+    root->child = NULL;
+    root->degree = 0;
+  }
+
+  /* Step two:
+   * Cut root out of the list.
+   */
+  if (root->next != root) {
+    pqueue->root = root->next;
+    g_pqueue_node_cut (root);
+    /* Step three:
+     * Clean up the remaining list.
+     */
+    g_pqueue_fix_rootlist (pqueue);
+  } else {
+    pqueue->root = NULL;
+  }
+
+  g_slice_free (GPQueueNode, root);
+}
+
+/**
+ * g_pqueue_pop:
+ * @pqueue: a #GPQueue.
+ * 
+ * Removes the topmost entry from a #GPQueue and returns its data pointer.
+ * Calling this on an empty #GPQueue is not an error, but removes nothing
+ * and returns %NULL.
+ * 
+ * If you need to tell the difference between an empty queue and a queue
+ * that happens to have a %NULL pointer at the top, check if the queue is
+ * empty first.
+ * 
+ * Returns: the topmost entry's data pointer, or %NULL if the queue was empty.
+ * 
+ * Since: 2.x
+ **/
+gpointer
+g_pqueue_pop (GPQueue *pqueue)
+{
+  gpointer data;
+
+  if (pqueue->root == NULL) return NULL;
+  data = pqueue->root->data;
+  g_pqueue_remove_root (pqueue, pqueue->root);
+  return data;
+}
+
+static inline void
+g_pqueue_make_root (GPQueue *pqueue,
+                    GPQueueNode *entry)
+{
+  /* This moves a node up to the root _level_ of the structure.
+   * It does not always become the actual root element (pqueue->root).
+   */
+
+  GPQueueNode *parent;
+
+  parent = entry->parent;
+  entry->parent = NULL;
+  entry->marked = FALSE;
+  if (parent != NULL) {
+    if (entry->next != entry) {
+      if (parent->child == entry) parent->child = entry->next;
+      g_pqueue_node_cut (entry);
+      parent->degree -= 1;
+    } else {
+      parent->child = NULL;
+      parent->degree = 0;
+    }
+    g_pqueue_node_insert_before (pqueue->root, entry);
+  }
+
+  if (cmp (pqueue, entry, pqueue->root) < 0)
+    pqueue->root = entry;
+}
+
+static void
+g_pqueue_cut_tree (GPQueue *pqueue,
+                   GPQueueNode *entry)
+{
+  /* This function moves an entry up to the root level of the structure.
+   * It extends g_pqueue_make_root() in that the entry's parent, grandparent
+   * etc. may also be moved to the root level if they are "marked". This is
+   * not essential for correctness, it just maintains the so-called "potential"
+   * of the structure, which is necessary for the amortized runtime analysis.
+   */
+
+  GPQueueNode *current;
+  GPQueueNode *parent;
+
+  current = entry;
+  while ((current != NULL) && (current->parent != NULL)) {
+    parent = current->parent;
+    g_pqueue_make_root (pqueue, entry);
+    if (parent->marked) {
+      current = parent;
+    } else {
+      parent->marked = TRUE;
+      current = NULL;
+    }
+  }
+  if (cmp (pqueue, entry, pqueue->root) < 0)
+    pqueue->root = entry;
+}
+
+/**
+ * g_pqueue_remove:
+ * @pqueue: a #GPQueue.
+ * @entry: a #GPQueueHandle for an entry in @pqueue.
+ * 
+ * Removes one entry from a #GPQueue.
+ * 
+ * Make sure that @entry refers to an entry that is actually part of
+ * @pqueue at the time, otherwise the behavior of this function is
+ * undefined (expect crashes).
+ * 
+ * Since: 2.x
+ **/
+void
+g_pqueue_remove (GPQueue* pqueue,
+                 GPQueueHandle entry)
+{
+  g_pqueue_cut_tree (pqueue, entry);
+  g_pqueue_remove_root (pqueue, entry);
+}
+
+/**
+ * g_pqueue_priority_changed:
+ * @pqueue: a #GPQueue.
+ * @entry: a #GPQueueHandle for an entry in @pqueue.
+ * 
+ * Notifies the #GPQueue that the priority of one entry has changed.
+ * The internal representation is updated accordingly.
+ * 
+ * Make sure that @entry refers to an entry that is actually part of
+ * @pqueue at the time, otherwise the behavior of this function is
+ * undefined (expect crashes).
+ * 
+ * Do not attempt to change the priorities of several entries at once.
+ * Every time a single object is changed, the #GPQueue needs to be updated
+ * by calling g_pqueue_priority_changed() for that object.
+ * 
+ * Since: 2.x
+ **/
+void
+g_pqueue_priority_changed (GPQueue* pqueue,
+                           GPQueueHandle entry)
+{
+  g_pqueue_cut_tree (pqueue, entry);
+
+  if (entry->child) {
+    g_pqueue_node_insert_after (entry, entry->child);
+    entry->child = NULL;
+    entry->degree = 0;
+  }
+
+  g_pqueue_fix_rootlist (pqueue);
+}
+
+/**
+ * g_pqueue_priority_decreased:
+ * @pqueue: a #GPQueue.
+ * @entry: a #GPQueueHandle for an entry in @pqueue.
+ * 
+ * Notifies the #GPQueue that the priority of one entry has
+ * <emphasis>decreased</emphasis>.
+ * 
+ * This is a special case of g_pqueue_priority_changed(). If you are absolutely
+ * sure that the new priority of @entry is lower than it was before, you
+ * may call this function instead of g_pqueue_priority_changed().
+ * 
+ * <note>
+ *   <para>
+ *     In the current implementation, an expensive step in
+ *     g_pqueue_priority_changed() can be skipped if the new priority is known
+ *     to be lower, leading to an amortized running time of O(1) instead of
+ *     O(log n). Of course, if the priority is not actually lower, behavior
+ *     is undefined.
+ *   </para>
+ * </note>
+ * 
+ * Since: 2.x
+ **/
+void
+g_pqueue_priority_decreased (GPQueue* pqueue,
+                             GPQueueHandle entry)
+{
+  g_pqueue_cut_tree (pqueue, entry);
+}
+
+static void
+g_pqueue_node_free_all (GPQueueNode *node)
+{
+  if (node == NULL) return;
+  g_pqueue_node_free_all (node->child);
+  node->prev->next = NULL;
+  g_pqueue_node_free_all (node->next);
+  g_slice_free (GPQueueNode, node);
+}
+
+/**
+ * g_pqueue_clear:
+ * @pqueue: a #GPQueue.
+ * 
+ * Removes all entries from a @pqueue.
+ * 
+ * Since: 2.x
+ **/
+void
+g_pqueue_clear (GPQueue* pqueue)
+{
+  g_pqueue_node_free_all (pqueue->root);
+  pqueue->root = NULL;
+}
+
+/**
+ * g_pqueue_free:
+ * @pqueue: a #GPQueue.
+ * 
+ * Deallocates the memory used by @pqueue itself, but not any memory pointed
+ * to by the data pointers of its entries.
+ * 
+ * Since: 2.x
+ **/
+void
+g_pqueue_free (GPQueue* pqueue)
+{
+  g_pqueue_clear (pqueue);
+  g_slice_free (GPQueue, pqueue);
+}