]> gcc.gnu.org Git - gcc.git/commitdiff
libstdc++: Optimize operations on small size hashtable [PR 68303]
authorFrançois Dumont <fdumont@gcc.gnu.org>
Mon, 20 Jan 2020 07:17:09 +0000 (08:17 +0100)
committerFrançois Dumont <fdumont@gcc.gnu.org>
Wed, 5 Jan 2022 20:46:52 +0000 (21:46 +0100)
When hasher is identified as slow and the number of elements is limited in the
container use a brute-force loop on those elements to look for a given key using
the key_equal functor. For the moment the default threshold to consider the
container as small is 20.

libstdc++-v3/ChangeLog:

PR libstdc++/68303
* include/bits/hashtable_policy.h
(_Hashtable_hash_traits<_Hash>): New.
(_Hash_code_base<>::_M_hash_code(const _Hash_node_value<>&)): New.
(_Hashtable_base<>::_M_key_equals): New.
(_Hashtable_base<>::_M_equals): Use latter.
(_Hashtable_base<>::_M_key_equals_tr): New.
(_Hashtable_base<>::_M_equals_tr): Use latter.
* include/bits/hashtable.h
(_Hashtable<>::__small_size_threshold()): New, use _Hashtable_hash_traits.
(_Hashtable<>::find): Loop through elements to look for key if size is lower
than __small_size_threshold().
(_Hashtable<>::_M_emplace(true_type, _Args&&...)): Likewise.
(_Hashtable<>::_M_insert_unique(_Kt&&, _Args&&, const _NodeGenerator&)): Likewise.
(_Hashtable<>::_M_compute_hash_code(const_iterator, const key_type&)): New.
(_Hashtable<>::_M_emplace(const_iterator, false_type, _Args&&...)): Use latter.
(_Hashtable<>::_M_find_before_node(const key_type&)): New.
(_Hashtable<>::_M_erase(true_type, const key_type&)): Use latter.
(_Hashtable<>::_M_erase(false_type, const key_type&)): Likewise.
* src/c++11/hashtable_c++0x.cc: Include <bits/functional_hash.h>.
* testsuite/util/testsuite_performance.h
(report_performance): Use 9 width to display memory.
* testsuite/performance/23_containers/insert_erase/unordered_small_size.cc:
New performance test case.

libstdc++-v3/include/bits/hashtable.h
libstdc++-v3/include/bits/hashtable_policy.h
libstdc++-v3/src/c++11/hashtable_c++0x.cc
libstdc++-v3/testsuite/performance/23_containers/insert_erase/unordered_small_size.cc [new file with mode: 0644]
libstdc++-v3/testsuite/util/testsuite_performance.h

index 398102df945587898ebbb8df8997724b084b0fb5..5e1a417f7cda010002f65c763c29be75703ee380 100644 (file)
@@ -419,6 +419,13 @@ _GLIBCXX_BEGIN_NAMESPACE_VERSION
       _M_uses_single_bucket() const
       { return _M_uses_single_bucket(_M_buckets); }
 
+      static constexpr size_t
+      __small_size_threshold() noexcept
+      {
+       return
+         __detail::_Hashtable_hash_traits<_Hash>::__small_size_threshold();
+      }
+
       __hashtable_alloc&
       _M_base_alloc() { return *this; }
 
@@ -788,6 +795,9 @@ _GLIBCXX_BEGIN_NAMESPACE_VERSION
       _M_bucket_index(__hash_code __c) const
       { return __hash_code_base::_M_bucket_index(__c, _M_bucket_count); }
 
+      __node_base_ptr
+      _M_find_before_node(const key_type&);
+
       // Find and insert helper functions and types
       // Find the node before the one matching the criteria.
       __node_base_ptr
@@ -831,6 +841,9 @@ _GLIBCXX_BEGIN_NAMESPACE_VERSION
       __node_base_ptr
       _M_get_previous_node(size_type __bkt, __node_ptr __n);
 
+      pair<const_iterator, __hash_code>
+      _M_compute_hash_code(const_iterator __hint, const key_type& __k) const;
+
       // Insert node __n with hash code __code, in bucket __bkt if no
       // rehash (assumes no element with same key already present).
       // Takes ownership of __n if insertion succeeds, throws otherwise.
@@ -1126,7 +1139,6 @@ _GLIBCXX_BEGIN_NAMESPACE_VERSION
       void _M_rehash(size_type __bkt_count, const __rehash_state& __state);
     };
 
-
   // Definitions of class template _Hashtable's out-of-line member functions.
   template<typename _Key, typename _Value, typename _Alloc,
           typename _ExtractKey, typename _Equal,
@@ -1628,6 +1640,14 @@ _GLIBCXX_BEGIN_NAMESPACE_VERSION
     find(const key_type& __k)
     -> iterator
     {
+      if (size() <= __small_size_threshold())
+       {
+         for (auto __it = begin(); __it != end(); ++__it)
+           if (this->_M_key_equals(__k, *__it._M_cur))
+             return __it;
+         return end();
+       }
+
       __hash_code __code = this->_M_hash_code(__k);
       std::size_t __bkt = _M_bucket_index(__code);
       return iterator(_M_find_node(__bkt, __k, __code));
@@ -1643,6 +1663,14 @@ _GLIBCXX_BEGIN_NAMESPACE_VERSION
     find(const key_type& __k) const
     -> const_iterator
     {
+      if (size() <= __small_size_threshold())
+       {
+         for (auto __it = begin(); __it != end(); ++__it)
+           if (this->_M_key_equals(__k, *__it._M_cur))
+             return __it;
+         return end();
+       }
+
       __hash_code __code = this->_M_hash_code(__k);
       std::size_t __bkt = _M_bucket_index(__code);
       return const_iterator(_M_find_node(__bkt, __k, __code));
@@ -1855,6 +1883,35 @@ _GLIBCXX_BEGIN_NAMESPACE_VERSION
       }
 #endif
 
+  // Find the node before the one whose key compares equal to k.
+  // Return nullptr if no node is found.
+  template<typename _Key, typename _Value, typename _Alloc,
+          typename _ExtractKey, typename _Equal,
+          typename _Hash, typename _RangeHash, typename _Unused,
+          typename _RehashPolicy, typename _Traits>
+    auto
+    _Hashtable<_Key, _Value, _Alloc, _ExtractKey, _Equal,
+              _Hash, _RangeHash, _Unused, _RehashPolicy, _Traits>::
+    _M_find_before_node(const key_type& __k)
+    -> __node_base_ptr
+    {
+      __node_base_ptr __prev_p = &_M_before_begin;
+      if (!__prev_p->_M_nxt)
+       return nullptr;
+
+      for (__node_ptr __p = static_cast<__node_ptr>(__prev_p->_M_nxt);
+          __p != nullptr;
+          __p = __p->_M_next())
+       {
+         if (this->_M_key_equals(__k, *__p))
+           return __prev_p;
+
+         __prev_p = __p;
+       }
+
+      return nullptr;
+    }
+
   // Find the node before the one whose key compares equal to k in the bucket
   // bkt. Return nullptr if no node is found.
   template<typename _Key, typename _Value, typename _Alloc,
@@ -2003,11 +2060,20 @@ _GLIBCXX_BEGIN_NAMESPACE_VERSION
        // First build the node to get access to the hash code
        _Scoped_node __node { this, std::forward<_Args>(__args)...  };
        const key_type& __k = _ExtractKey{}(__node._M_node->_M_v());
+       if (size() <= __small_size_threshold())
+         {
+           for (auto __it = begin(); __it != end(); ++__it)
+             if (this->_M_key_equals(__k, *__it._M_cur))
+               // There is already an equivalent node, no insertion
+               return { __it, false };
+         }
+
        __hash_code __code = this->_M_hash_code(__k);
        size_type __bkt = _M_bucket_index(__code);
-       if (__node_ptr __p = _M_find_node(__bkt, __k, __code))
-         // There is already an equivalent node, no insertion
-         return std::make_pair(iterator(__p), false);
+       if (size() > __small_size_threshold())
+         if (__node_ptr __p = _M_find_node(__bkt, __k, __code))
+           // There is already an equivalent node, no insertion
+           return { iterator(__p), false };
 
        // Insert the node
        auto __pos = _M_insert_unique_node(__bkt, __code, __node._M_node);
@@ -2031,13 +2097,41 @@ _GLIBCXX_BEGIN_NAMESPACE_VERSION
        _Scoped_node __node { this, std::forward<_Args>(__args)...  };
        const key_type& __k = _ExtractKey{}(__node._M_node->_M_v());
 
-       __hash_code __code = this->_M_hash_code(__k);
+       auto __res = this->_M_compute_hash_code(__hint, __k);
        auto __pos
-         = _M_insert_multi_node(__hint._M_cur, __code, __node._M_node);
+         = _M_insert_multi_node(__res.first._M_cur, __res.second,
+                                __node._M_node);
        __node._M_node = nullptr;
        return __pos;
       }
 
+  template<typename _Key, typename _Value, typename _Alloc,
+          typename _ExtractKey, typename _Equal,
+          typename _Hash, typename _RangeHash, typename _Unused,
+          typename _RehashPolicy, typename _Traits>
+    auto
+    _Hashtable<_Key, _Value, _Alloc, _ExtractKey, _Equal,
+              _Hash, _RangeHash, _Unused, _RehashPolicy, _Traits>::
+    _M_compute_hash_code(const_iterator __hint, const key_type& __k) const
+    -> pair<const_iterator, __hash_code>
+    {
+      if (size() <= __small_size_threshold())
+       {
+         if (__hint != cend())
+           {
+             for (auto __it = __hint; __it != cend(); ++__it)
+               if (this->_M_key_equals(__k, *__it._M_cur))
+                 return { __it, this->_M_hash_code(*__it._M_cur) };
+           }
+
+         for (auto __it = cbegin(); __it != __hint; ++__it)
+           if (this->_M_key_equals(__k, *__it._M_cur))
+             return { __it, this->_M_hash_code(*__it._M_cur) };
+       }
+
+      return { __hint, this->_M_hash_code(__k) };
+    }
+
   template<typename _Key, typename _Value, typename _Alloc,
           typename _ExtractKey, typename _Equal,
           typename _Hash, typename _RangeHash, typename _Unused,
@@ -2136,11 +2230,17 @@ _GLIBCXX_BEGIN_NAMESPACE_VERSION
                       const _NodeGenerator& __node_gen)
       -> pair<iterator, bool>
       {
+       if (size() <= __small_size_threshold())
+         for (auto __it = begin(); __it != end(); ++__it)
+           if (this->_M_key_equals_tr(__k, *__it._M_cur))
+             return { __it, false };
+
        __hash_code __code = this->_M_hash_code_tr(__k);
        size_type __bkt = _M_bucket_index(__code);
 
-       if (__node_ptr __node = _M_find_node_tr(__bkt, __k, __code))
-         return { iterator(__node), false };
+       if (size() > __small_size_threshold())
+         if (__node_ptr __node = _M_find_node_tr(__bkt, __k, __code))
+           return { iterator(__node), false };
 
        _Scoped_node __node {
          __node_builder_t::_S_build(std::forward<_Kt>(__k),
@@ -2172,11 +2272,12 @@ _GLIBCXX_BEGIN_NAMESPACE_VERSION
        _Scoped_node __node{ __node_gen(std::forward<_Arg>(__v)), this };
 
        // Second compute the hash code so that we don't rehash if it throws.
-       __hash_code __code
-         = this->_M_hash_code(_ExtractKey{}(__node._M_node->_M_v()));
+       auto __res = this->_M_compute_hash_code(
+         __hint, _ExtractKey{}(__node._M_node->_M_v()));
 
        auto __pos
-         = _M_insert_multi_node(__hint._M_cur, __code, __node._M_node);
+         = _M_insert_multi_node(__res.first._M_cur, __res.second,
+                                __node._M_node);
        __node._M_node = nullptr;
        return __pos;
       }
@@ -2239,16 +2340,33 @@ _GLIBCXX_BEGIN_NAMESPACE_VERSION
     _M_erase(true_type /* __uks */, const key_type& __k)
     -> size_type
     {
-      __hash_code __code = this->_M_hash_code(__k);
-      std::size_t __bkt = _M_bucket_index(__code);
+      __node_base_ptr __prev_n;
+      __node_ptr __n;
+      std::size_t __bkt;
+      if (size() <= __small_size_threshold())
+       {
+         __prev_n = _M_find_before_node(__k);
+         if (!__prev_n)
+           return 0;
 
-      // Look for the node before the first matching node.
-      __node_base_ptr __prev_n = _M_find_before_node(__bkt, __k, __code);
-      if (!__prev_n)
-       return 0;
+         // We found a matching node, erase it.
+         __n = static_cast<__node_ptr>(__prev_n->_M_nxt);
+         __bkt = _M_bucket_index(*__n);
+       }
+      else
+       {
+         __hash_code __code = this->_M_hash_code(__k);
+         __bkt = _M_bucket_index(__code);
+
+         // Look for the node before the first matching node.
+         __prev_n = _M_find_before_node(__bkt, __k, __code);
+         if (!__prev_n)
+           return 0;
+
+         // We found a matching node, erase it.
+         __n = static_cast<__node_ptr>(__prev_n->_M_nxt);
+       }
 
-      // We found a matching node, erase it.
-      __node_ptr __n = static_cast<__node_ptr>(__prev_n->_M_nxt);
       _M_erase(__bkt, __prev_n, __n);
       return 1;
     }
@@ -2263,13 +2381,31 @@ _GLIBCXX_BEGIN_NAMESPACE_VERSION
     _M_erase(false_type /* __uks */, const key_type& __k)
     -> size_type
     {
-      __hash_code __code = this->_M_hash_code(__k);
-      std::size_t __bkt = _M_bucket_index(__code);
+      std::size_t __bkt;
+      __node_base_ptr __prev_n;
+      __node_ptr __n;
+      if (size() <= __small_size_threshold())
+       {
+         __prev_n = _M_find_before_node(__k);
+         if (!__prev_n)
+           return 0;
 
-      // Look for the node before the first matching node.
-      __node_base_ptr __prev_n = _M_find_before_node(__bkt, __k, __code);
-      if (!__prev_n)
-       return 0;
+         // We found a matching node, erase it.
+         __n = static_cast<__node_ptr>(__prev_n->_M_nxt);
+         __bkt = _M_bucket_index(*__n);
+       }
+      else
+       {
+         __hash_code __code = this->_M_hash_code(__k);
+         __bkt = _M_bucket_index(__code);
+
+         // Look for the node before the first matching node.
+         __prev_n = _M_find_before_node(__bkt, __k, __code);
+         if (!__prev_n)
+           return 0;
+
+         __n = static_cast<__node_ptr>(__prev_n->_M_nxt);
+       }
 
       // _GLIBCXX_RESOLVE_LIB_DEFECTS
       // 526. Is it undefined if a function in the standard changes
@@ -2277,7 +2413,6 @@ _GLIBCXX_BEGIN_NAMESPACE_VERSION
       // We use one loop to find all matching nodes and another to deallocate
       // them so that the key stays valid during the first loop. It might be
       // invalidated indirectly when destroying nodes.
-      __node_ptr __n = static_cast<__node_ptr>(__prev_n->_M_nxt);
       __node_ptr __n_last = __n->_M_next();
       while (__n_last && this->_M_node_equals(*__n, *__n_last))
        __n_last = __n_last->_M_next();
index f7a0cea5442a7e67370c361e8b5bfa4b67bab4e6..3b60eb9ae7299668ed4fe3bf5e81fdd0b32c35b1 100644 (file)
@@ -246,6 +246,20 @@ namespace __detail
       using __unique_keys = __bool_constant<_Unique_keys>;
     };
 
+  /**
+   *  struct _Hashtable_hash_traits
+   *
+   *  Important traits for hash tables depending on associated hasher.
+   *
+   */
+  template<typename _Hash>
+    struct _Hashtable_hash_traits
+    {
+      static constexpr std::size_t
+      __small_size_threshold() noexcept
+      { return std::__is_fast_hash<_Hash>::value ? 0 : 20; }
+    };
+
   /**
    *  struct _Hash_node_base
    *
@@ -1105,10 +1119,12 @@ namespace __detail
                        _Hash, _RangeHash, _Unused, _RehashPolicy, _Traits,
                        true_type /* Has load factor */>
     {
+    private:
       using __hashtable = _Hashtable<_Key, _Value, _Alloc, _ExtractKey,
                                     _Equal, _Hash, _RangeHash, _Unused,
                                     _RehashPolicy, _Traits>;
 
+    public:
       float
       max_load_factor() const noexcept
       {
@@ -1263,6 +1279,14 @@ namespace __detail
                const _Hash_node_value<_Value, __cache_hash_code>& __n) const
        { return _M_hash_code(_ExtractKey{}(__n._M_v())); }
 
+      __hash_code
+      _M_hash_code(const _Hash_node_value<_Value, false>& __n) const
+      { return _M_hash_code(_ExtractKey{}(__n._M_v())); }
+
+      __hash_code
+      _M_hash_code(const _Hash_node_value<_Value, true>& __n) const
+      { return __n._M_hash_code; }
+
       std::size_t
       _M_bucket_index(__hash_code __c, std::size_t __bkt_count) const
       { return _RangeHash{}(__c, __bkt_count); }
@@ -1641,35 +1665,48 @@ namespace __detail
       { }
 
       bool
-      _M_equals(const _Key& __k, __hash_code __c,
-               const _Hash_node_value<_Value, __hash_cached::value>& __n) const
+      _M_key_equals(const _Key& __k,
+                   const _Hash_node_value<_Value,
+                                          __hash_cached::value>& __n) const
       {
        static_assert(__is_invocable<const _Equal&, const _Key&, const _Key&>{},
          "key equality predicate must be invocable with two arguments of "
          "key type");
-       return _S_equals(__c, __n) && _M_eq()(__k, _ExtractKey{}(__n._M_v()));
+       return _M_eq()(__k, _ExtractKey{}(__n._M_v()));
       }
 
       template<typename _Kt>
        bool
-       _M_equals_tr(const _Kt& __k, __hash_code __c,
-                    const _Hash_node_value<_Value,
-                                           __hash_cached::value>& __n) const
+       _M_key_equals_tr(const _Kt& __k,
+                        const _Hash_node_value<_Value,
+                                            __hash_cached::value>& __n) const
        {
          static_assert(
            __is_invocable<const _Equal&, const _Kt&, const _Key&>{},
            "key equality predicate must be invocable with two arguments of "
            "key type");
-         return _S_equals(__c, __n) && _M_eq()(__k, _ExtractKey{}(__n._M_v()));
+         return _M_eq()(__k, _ExtractKey{}(__n._M_v()));
        }
 
+      bool
+      _M_equals(const _Key& __k, __hash_code __c,
+               const _Hash_node_value<_Value, __hash_cached::value>& __n) const
+      { return _S_equals(__c, __n) && _M_key_equals(__k, __n); }
+
+      template<typename _Kt>
+       bool
+       _M_equals_tr(const _Kt& __k, __hash_code __c,
+                    const _Hash_node_value<_Value,
+                                           __hash_cached::value>& __n) const
+       { return _S_equals(__c, __n) && _M_key_equals_tr(__k, __n); }
+
       bool
       _M_node_equals(
        const _Hash_node_value<_Value, __hash_cached::value>& __lhn,
        const _Hash_node_value<_Value, __hash_cached::value>& __rhn) const
       {
        return _S_node_equals(__lhn, __rhn)
-         && _M_eq()(_ExtractKey{}(__lhn._M_v()), _ExtractKey{}(__rhn._M_v()));
+         && _M_key_equals(_ExtractKey{}(__lhn._M_v()), __rhn);
       }
 
       void
index bd6d066abf57caa716b3587e3350966eb8682be2..b42f436e9ce42f2a6cdd4d758f448adf8a615ef2 100644 (file)
@@ -30,6 +30,7 @@
 #include <tuple>
 #include <ext/aligned_buffer.h>
 #include <ext/alloc_traits.h>
+#include <bits/functional_hash.h>
 #include <bits/hashtable_policy.h>
 
 namespace std _GLIBCXX_VISIBILITY(default)
diff --git a/libstdc++-v3/testsuite/performance/23_containers/insert_erase/unordered_small_size.cc b/libstdc++-v3/testsuite/performance/23_containers/insert_erase/unordered_small_size.cc
new file mode 100644 (file)
index 0000000..ae63c15
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,125 @@
+// { dg-do run { target c++11 } }
+
+// Copyright (C) 2021 Free Software Foundation, Inc.
+//
+// This file is part of the GNU ISO C++ Library.  This library is free
+// software; you can redistribute it and/or modify it under the
+// terms of the GNU General Public License as published by the
+// Free Software Foundation; either version 3, or (at your option)
+// any later version.
+
+// This library is distributed in the hope that it will be useful,
+// but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
+// MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
+// GNU General Public License for more details.
+
+// You should have received a copy of the GNU General Public License along
+// with this library; see the file COPYING3.  If not see
+// <http://www.gnu.org/licenses/>.
+
+#include <string>
+#include <sstream>
+#include <vector>
+#include <unordered_set>
+#include <testsuite_performance.h>
+
+namespace
+{
+  const int nb_elements = 20;
+  const int nb_insts = 150000;
+
+  template<typename _ElemType>
+    void bench(const char* desc, const std::vector<_ElemType>& elems)
+    {
+      using namespace __gnu_test;
+
+      time_counter time;
+      resource_counter resource;
+
+      std::vector<std::unordered_set<_ElemType>> insts(nb_insts);
+      for (int j = 0; j != nb_insts; ++j)
+       insts.emplace_back();
+
+      start_counters(time, resource);
+
+      for (auto& us : insts)
+       for (int i = 0; i != nb_elements; ++i)
+         us.insert(elems[i]);
+
+      stop_counters(time, resource);
+
+      std::ostringstream ostr;
+      ostr << desc << " 1st insert";
+      report_performance(__FILE__, ostr.str().c_str(), time, resource);
+
+      start_counters(time, resource);
+
+      for (auto& us : insts)
+       for (int i = nb_elements - 1; i >= 0; --i)
+         {
+           auto it = us.find(elems[i]);
+           if (it != us.end())
+             us.erase(it);
+         }
+
+      stop_counters(time, resource);
+
+      ostr.str("");
+      ostr << desc << " find/erase";
+      report_performance(__FILE__, ostr.str().c_str(), time, resource);
+
+      start_counters(time, resource);
+
+      for (auto& us : insts)
+       {
+         us.insert(elems[0]);
+         for (int i = nb_elements - 1; i >= 0; --i)
+           us.insert(elems[i]);
+       }
+
+      stop_counters(time, resource);
+      ostr.str("");
+      ostr << desc << " 2nd insert";
+      report_performance(__FILE__, ostr.str().c_str(), time, resource);
+
+      start_counters(time, resource);
+
+      for (auto& us : insts)
+       for (int j = nb_elements - 1; j >= 0; --j)
+         us.erase(elems[j]);
+
+      stop_counters(time, resource);
+      ostr.str("");
+      ostr << desc << " erase key ";
+      report_performance(__FILE__, ostr.str().c_str(), time, resource);
+    }
+}
+
+int main()
+{
+  {
+    std::vector<int> elems;
+    elems.reserve(nb_elements);
+    for (int i = 0; i != nb_elements; ++i)
+      elems.push_back(i);
+
+    bench("std::unordered_set<int>:    ", elems);
+  }
+
+  {
+    std::vector<std::string> elems;
+    {
+      elems.reserve(nb_elements);
+      for (int i = 0; i != nb_elements; ++i)
+       {
+         std::ostringstream ostr;
+         ostr << "string #" << i << ' ' << std::string(1000, 'a' + i);
+         elems.push_back(ostr.str());
+       }
+    }
+
+    bench("std::unordered_set<string>: ", elems);
+  }
+
+  return 0;
+}
index 50d0cb6652ff6c258fbcc32bb7e22956e53e0f6c..2e05bef8460ef592aeebdde152ebcafc959a17c3 100644 (file)
@@ -239,7 +239,7 @@ namespace __gnu_test
     out << std::setw(4) << t.real_time() << "r" << space;
     out << std::setw(4) << t.user_time() << "u" << space;
     out << std::setw(4) << t.system_time() << "s" << space;
-    out << std::setw(8) << r.allocated_memory() << "mem" << space;
+    out << std::setw(9) << r.allocated_memory() << "mem" << space;
     out << std::setw(4) << r.hard_page_fault() << "pf" << space;
 
     out << std::endl;
This page took 0.084348 seconds and 5 git commands to generate.