glib/gqsort.c

   1 /* GLIB - Library of useful routines for C programming
   2  * Copyright (C) 1991, 1992, 1996, 1997 Free Software Foundation, Inc.
   3  * Copyright (C) 2000 Eazel, Inc.
   4  * Copyright (C) 1995-1997  Peter Mattis, Spencer Kimball and Josh MacDonald
   5  *
   6  * This library is free software; you can redistribute it and/or
   7  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
   8  * License as published by the Free Software Foundation; either
   9  * version 2 of the License, or (at your option) any later version.
  10  *
  11  * This library is distributed in the hope that it will be useful,
  12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  14  * Lesser General Public License for more details.
  15  *
  16  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  17  * License along with this library; if not, write to the
  18  * Free Software Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330,
  19  * Boston, MA 02111-1307, USA.
  20  */
  21
  22 /*
  23  * This file was originally part of the GNU C Library, and was modified to allow
  24  * user data to be passed in to the sorting function.
  25  *
  26  * Written by Douglas C. Schmidt (schmidt@ics.uci.edu).
  27  * Modified by Maciej Stachowiak (mjs@eazel.com)
  28  *
  29  * Modified by the GLib Team and others 1997-2000.  See the AUTHORS
  30  * file for a list of people on the GLib Team.  See the ChangeLog
  31  * files for a list of changes.  These files are distributed with GLib
  32  * at ftp://ftp.gtk.org/pub/gtk/.
  33  */
  34
  35 #include "config.h"
  36
  37 #include <string.h>
  38
  39 #include "glib.h"
  40
  41
  42 /* Byte-wise swap two items of size SIZE. */
  43 #define SWAP(a, b, size)                                                      \
  44   do                                                                          \
  45     {                                                                         \
  46       register size_t __size = (size);                                        \
  47       register char *__a = (a), *__b = (b);                                   \
  48       do                                                                      \
  49         {                                                                     \
  50           char __tmp = *__a;                                                  \
  51           *__a++ = *__b;                                                      \
  52           *__b++ = __tmp;                                                     \
  53         } while (--__size > 0);                                               \
  54     } while (0)
  55
  56 /* Discontinue quicksort algorithm when partition gets below this size.
  57    This particular magic number was chosen to work best on a Sun 4/260. */
  58 #define MAX_THRESH 4
  59
  60 /* Stack node declarations used to store unfulfilled partition obligations. */
  61 typedef struct
  62 {
  63   char *lo;
  64   char *hi;
  65 }
  66 stack_node;
  67
  68 /* The next 4 #defines implement a very fast in-line stack abstraction. */
  69 #define STACK_SIZE      (8 * sizeof(unsigned long int))
  70 #define PUSH(low, high) ((void) ((top->lo = (low)), (top->hi = (high)), ++top))
  71 #define POP(low, high)  ((void) (--top, (low = top->lo), (high = top->hi)))
  72 #define STACK_NOT_EMPTY (stack < top)
  73
  74
  75 /* Order size using quicksort.  This implementation incorporates
  76  * four optimizations discussed in Sedgewick:
  77  *
  78  * 1. Non-recursive, using an explicit stack of pointer that store the next
  79  *    array partition to sort.  To save time, this maximum amount of space
  80  *    required to store an array of MAX_INT is allocated on the stack.  Assuming
  81  *    a 32-bit integer, this needs only 32 * sizeof(stack_node) == 136 bits.
  82  *    Pretty cheap, actually.
  83  *
  84  * 2. Chose the pivot element using a median-of-three decision tree.  This
  85  *    reduces the probability of selecting a bad pivot value and eliminates
  86  *    certain * extraneous comparisons.
  87  *
  88  * 3. Only quicksorts TOTAL_ELEMS / MAX_THRESH partitions, leaving insertion
  89  *    sort to order the MAX_THRESH items within each partition.  This is a big
  90  *    win, since insertion sort is faster for small, mostly sorted array
  91  *    segments.
  92  *
  93  * 4. The larger of the two sub-partitions is always pushed onto the stack
  94  *    first, with the algorithm then concentrating on the smaller partition.
  95  *    This *guarantees* no more than log (n) stack size is needed (actually O(1)
  96  *    in this case)!
  97  */
  98
  99 /**
 100  * g_qsort_with_data:
 101  * @pbase: start of array to sort
 102  * @total_elems: elements in the array
 103  * @size: size of each element
 104  * @compare_func: function to compare elements
 105  * @user_data: data to pass to @compare_func
 106  *
 107  * This is just like the standard C qsort() function, but
 108  * the comparison routine accepts a user data argument.
 109  *
 110  **/
 111 void
 112 g_qsort_with_data (gconstpointer    pbase,
 113                    gint             total_elems,
 114                    size_t           size,
 115                    GCompareDataFunc compare_func,
 116                    gpointer         user_data)
 117 {
 118   register char *base_ptr = (char *) pbase;
 119
 120   /* Allocating SIZE bytes for a pivot buffer facilitates a better
 121    * algorithm below since we can do comparisons directly on the pivot.
 122    */
 123   char *pivot_buffer = (char *) g_alloca (size);
 124   const size_t max_thresh = MAX_THRESH * size;
 125
 126   g_return_if_fail (total_elems >= 0);
 127   g_return_if_fail (pbase != NULL || total_elems == 0);
 128   g_return_if_fail (compare_func != NULL);
 129
 130   if (total_elems == 0)
 131     return;
 132
 133   if (total_elems > MAX_THRESH)
 134     {
 135       char *lo = base_ptr;
 136       char *hi = &lo[size * (total_elems - 1)];
 137       /* Largest size needed for 32-bit int!!! */
 138       stack_node stack[STACK_SIZE];
 139       stack_node *top = stack + 1;
 140
 141       while (STACK_NOT_EMPTY)
 142         {
 143           char *left_ptr;
 144           char *right_ptr;
 145
 146           char *pivot = pivot_buffer;
 147
 148           /* Select median value from among LO, MID, and HI. Rearrange
 149            * LO and HI so the three values are sorted. This lowers the
 150            * probability of picking a pathological pivot value and
 151            * skips a comparison for both the LEFT_PTR and RIGHT_PTR. */
 152
 153           char *mid = lo + size * ((hi - lo) / size >> 1);
 154
 155           if ((*compare_func) ((void *) mid, (void *) lo, user_data) < 0)
 156             SWAP (mid, lo, size);
 157           if ((*compare_func) ((void *) hi, (void *) mid, user_data) < 0)
 158             SWAP (mid, hi, size);
 159           else
 160             goto jump_over;
 161           if ((*compare_func) ((void *) mid, (void *) lo, user_data) < 0)
 162             SWAP (mid, lo, size);
 163         jump_over:;
 164           memcpy (pivot, mid, size);
 165           pivot = pivot_buffer;
 166
 167           left_ptr = lo + size;
 168           right_ptr = hi - size;
 169
 170           /* Here's the famous ``collapse the walls'' section of quicksort.
 171            * Gotta like those tight inner loops!  They are the main reason
 172            * that this algorithm runs much faster than others. */
 173           do
 174             {
 175               while ((*compare_func)
 176                      ((void *) left_ptr, (void *) pivot,
 177                       user_data) < 0)
 178                 left_ptr += size;
 179
 180               while ((*compare_func)
 181                      ((void *) pivot, (void *) right_ptr,
 182                       user_data) < 0)
 183                 right_ptr -= size;
 184
 185               if (left_ptr < right_ptr)
 186                 {
 187                   SWAP (left_ptr, right_ptr, size);
 188                   left_ptr += size;
 189                   right_ptr -= size;
 190                 }
 191               else if (left_ptr == right_ptr)
 192                 {
 193                   left_ptr += size;
 194                   right_ptr -= size;
 195                   break;
 196                 }
 197             }
 198           while (left_ptr <= right_ptr);
 199
 200           /* Set up pointers for next iteration.  First determine whether
 201            * left and right partitions are below the threshold size.  If so,
 202            * ignore one or both.  Otherwise, push the larger partition's
 203            * bounds on the stack and continue sorting the smaller one. */
 204
 205           if ((size_t) (right_ptr - lo) <= max_thresh)
 206             {
 207               if ((size_t) (hi - left_ptr) <= max_thresh)
 208                 /* Ignore both small partitions. */
 209                 POP (lo, hi);
 210               else
 211                 /* Ignore small left partition. */
 212                 lo = left_ptr;
 213             }
 214           else if ((size_t) (hi - left_ptr) <= max_thresh)
 215                                 /* Ignore small right partition. */
 216             hi = right_ptr;
 217           else if ((right_ptr - lo) > (hi - left_ptr))
 218             {
 219                                 /* Push larger left partition indices. */
 220               PUSH (lo, right_ptr);
 221               lo = left_ptr;
 222
 223             }
 224           else
 225             {
 226                                 /* Push larger right partition indices. */
 227               PUSH (left_ptr, hi);
 228               hi = right_ptr;
 229             }
 230         }
 231     }
 232
 233   /* Once the BASE_PTR array is partially sorted by quicksort the rest
 234    * is completely sorted using insertion sort, since this is efficient
 235    * for partitions below MAX_THRESH size. BASE_PTR points to the beginning
 236    * of the array to sort, and END_PTR points at the very last element in
 237    * the array (*not* one beyond it!). */
 238
 239   {
 240     char *const end_ptr = &base_ptr[size * (total_elems - 1)];
 241     char *tmp_ptr = base_ptr;
 242     char *thresh = MIN (end_ptr, base_ptr + max_thresh);
 243     register char *run_ptr;
 244
 245     /* Find smallest element in first threshold and place it at the
 246      * array's beginning.  This is the smallest array element,
 247      * and the operation speeds up insertion sort's inner loop. */
 248
 249     for (run_ptr = tmp_ptr + size; run_ptr <= thresh;
 250          run_ptr +=
 251            size) if ((*compare_func) ((void *) run_ptr, (void *) tmp_ptr,
 252                                       user_data) < 0)
 253              tmp_ptr = run_ptr;
 254
 255     if (tmp_ptr != base_ptr)
 256       SWAP (tmp_ptr, base_ptr, size);
 257
 258     /* Insertion sort, running from left-hand-side up to right-hand-side.  */
 259
 260     run_ptr = base_ptr + size;
 261     while ((run_ptr += size) <= end_ptr)
 262       {
 263         tmp_ptr = run_ptr - size;
 264         while ((*compare_func)
 265                ((void *) run_ptr, (void *) tmp_ptr,
 266                 user_data) < 0)
 267           tmp_ptr -= size;
 268
 269         tmp_ptr += size;
 270         if (tmp_ptr != run_ptr)
 271           {
 272             char *trav;
 273
 274             trav = run_ptr + size;
 275             while (--trav >= run_ptr)
 276               {
 277                 char c = *trav;
 278                 char *hi, *lo;
 279
 280                 for (hi = lo = trav;
 281                      (lo -= size) >= tmp_ptr; hi = lo)
 282                   *hi = *lo;
 283                 *hi = c;
 284               }
 285           }
 286       }
 287   }
 288 }