src/btree.cpp

   1
   2 #include "btree.h"
   3
   4 BTree::BTree (const std::string &name, unsigned int block_size, int kt, bool create_new_file)
   5 {
   6         key_type = kt;
   7         uchar *node;
   8         BTreeNodeHeader nh;
   9
  10         fp = fopen (name.c_str(), "wb+");
  11         if (!fp) {
  12                 /* TODO : mandar una exception ? */
  13                 return;
  14         }
  15
  16         /* Nombre de archivo */
  17         filename = name;
  18
  19         /* Inicializo el header */
  20         header.block_size = block_size;
  21         WriteFileHeader ();
  22
  23         /* Creo el primer bloque vacio */
  24         node = new uchar[block_size];
  25         ReadNodoHeader (node, &nh);
  26         nh.level = 0;
  27         nh.free_space = block_size - sizeof (BTreeNodeHeader);
  28         nh.item_count = 0;
  29         WriteNodoHeader (node, &nh);
  30         WriteBlock (node, 0);
  31
  32         delete [] node;
  33 }
  34
  35 BTree::~BTree ()
  36 {
  37         fclose (fp);
  38 }
  39
  40 void BTree::WriteFileHeader ()
  41 {
  42         fseek (fp, 0L, SEEK_SET);
  43         fwrite (&header, 1, sizeof (BTreeFileHeader), fp);
  44 }
  45
  46 void BTree::WriteBlock (uchar *block, uint num)
  47 {
  48         fseek (fp, num*header.block_size + sizeof (BTreeFileHeader), SEEK_SET);
  49         fwrite (block, 1, header.block_size, fp);
  50 }
  51
  52 void BTree::AddKey (const Clave &k)
  53 {
  54         uint left, right;
  55         Clave *kout = AddKeyR (&k, 0, left, right);
  56
  57         if (kout) {
  58                 unsigned short level;
  59                 /* Debo dejar la raiz en el nodo 0, por lo que paso el nodo
  60                  * que esta usando el hijo izquierdo a un nuevo nodo */
  61                 std::list<BTreeData *> node_keys;
  62                 BTreeNodeHeader node_header;
  63                 uchar *node = ReadBlock (left);
  64                 ReadNodoHeader (node, &node_header);
  65                 node_keys = ReadKeys (node, node_header);
  66                 level = node_header.level + 1;
  67
  68                 uchar *new_node = NewBlock (left);
  69                 delete [] new_node; /* No me interesa, voy a usar lo leio antes */
  70
  71                 WriteKeys (node, node_header, node_keys);
  72                 WriteNodoHeader (node, &node_header);
  73                 WriteBlock (node, left);
  74                 DeleteKeys (node_keys);
  75                 delete [] node;
  76
  77                 /* Leo y actualizo la Raiz */
  78                 node = ReadBlock (0);
  79                 ReadNodoHeader (node, &node_header);
  80                 node_keys = std::list<BTreeData *>();
  81
  82                 node_keys.push_back (new BTreeChildData (left));
  83                 node_keys.push_back (new BTreeData (kout, right));
  84
  85                 node_header.level = level;
  86                 node_header.item_count = 1;
  87
  88                 WriteKeys (node, node_header, node_keys);
  89                 WriteNodoHeader (node, &node_header);
  90                 WriteBlock (node, 0);
  91                 delete [] node;
  92                 DeleteKeys (node_keys);
  93                 PrintNode (0);
  94
  95                 delete kout;
  96         }
  97 }
  98
  99 Clave* BTree::AddKeyR (const Clave *k, uint node_num, uint &left_child, uint &right_child)
 100 {
 101         uchar *node = ReadBlock (node_num);
 102         BTreeNodeHeader node_header;
 103         ReadNodoHeader (node, &node_header);
 104         delete [] node;
 105
 106         if (node_header.level == 0)
 107                 return AddKeyLeafR (k, node_num, left_child, right_child);
 108
 109         return AddKeyOtherR (k, node_num, left_child, right_child);
 110 }
 111
 112 Clave* BTree::AddKeyLeafR (const Clave *k, uint node_num, uint &left_child, uint &right_child)
 113 {
 114         Clave *kout = NULL;
 115         std::list<BTreeData *> node_keys;
 116
 117         BTreeData *data = new BTreeLeafData (k->Clone ());
 118
 119         /* Leo el nodo raiz para empezar a agregar */
 120         uchar *node = ReadBlock (node_num);
 121         BTreeNodeHeader node_header;
 122         ReadNodoHeader (node, &node_header);
 123
 124         if (node_header.free_space > data->Size ()) {
 125                 BTreeData *datait;
 126                 node_keys = ReadKeys (node, node_header);
 127                 std::list<BTreeData *>::iterator it = node_keys.begin ();
 128
 129                 while (it != node_keys.end ()) {
 130                         datait = (*it);
 131                         if ((*data) < (*datait))
 132                                 /* Me pase, lo agrego aca! */
 133                                 break;
 134                         it++;
 135                 }
 136                 node_keys.insert (it, data);
 137                 WriteKeys (node, node_header, node_keys);
 138                 WriteNodoHeader (node, &node_header);
 139                 WriteBlock (node, node_num);
 140                 DeleteKeys (node_keys);
 141                 delete [] node;
 142
 143                 PrintNode (node_num);
 144         } else {
 145                 /* Split : Creo e inicializo el nuevo nodo */
 146                 std::list<BTreeData *> new_node_keys;
 147                 std::list<BTreeData *> old_node_keys;
 148                 BTreeNodeHeader new_node_header;
 149                 uint new_node_num;
 150                 uchar *new_node = NewBlock (new_node_num);
 151                 ReadNodoHeader (new_node, &new_node_header);
 152                 new_node_header.level = node_header.level;
 153
 154                 node_keys = ReadKeys (node, node_header);
 155                 new_node_keys = ReadKeys (new_node, new_node_header);
 156
 157                 /* Agrego la clave en la lista que ya tengo de manera ordenada */
 158                 std::list<BTreeData *>::iterator it = node_keys.begin ();
 159                 std::list<BTreeData *>::iterator previt = node_keys.begin ();
 160
 161                 while (it != node_keys.end ()) {
 162                         BTreeData *datait;
 163                         datait = (*it);
 164                         if ((*data) < (*datait))
 165                                 /* Me pase, lo agrego aca! */
 166                                 break;
 167                         previt = it;
 168                         it++;
 169                 }
 170                 if (it != node_keys.end ())
 171                         node_keys.insert (it, data);
 172                 else
 173                         node_keys.push_back (data);
 174
 175                 /* Tengo que guardar claves hasta ocupar nodo size/2 en cada nodo
 176                  * y subir la clave del medio */
 177                 node_header.item_count = 0;
 178                 node_header.free_space = header.block_size - sizeof (BTreeNodeHeader);
 179
 180                 uint total_size = 0;
 181                 it = node_keys.begin ();
 182                 while (it != node_keys.end ()) {
 183                         BTreeData *datait;
 184                         datait = (*it);
 185                         total_size += datait->Size ();
 186                         it++;
 187                         /* Hack : Si me quedo con todas las claves, en el caso de ser
 188                          * del mismo tama#o se desbalancea. Hay que ver que efecto
 189                          * puede tener en el caso de claves de long. variable
 190                          */
 191                         if (it == node_keys.end ())
 192                                 total_size -= datait->Size ();
 193                 }
 194
 195                 it = node_keys.begin ();
 196                 uint used = 0;
 197                 while (used < total_size/2) {
 198                         BTreeData *d = (*it);
 199                         old_node_keys.push_back (d);
 200                         used += d->Size ();
 201                         it++;
 202                 }
 203                 kout = (*it++)->getClave (); // Esta se retorna al "padre" para que se la agregue
 204
 205                 while (it != node_keys.end ()) {
 206                         BTreeData *d = (*it);
 207                         new_node_keys.push_back (d);
 208                         it++;
 209                 }
 210
 211                 /* Guardo */
 212                 WriteKeys (node, node_header, old_node_keys);
 213                 WriteNodoHeader (node, &node_header);
 214                 WriteBlock (node, node_num);
 215                 WriteKeys (new_node, new_node_header, new_node_keys);
 216                 WriteNodoHeader (new_node, &new_node_header);
 217                 WriteBlock (new_node, new_node_num);
 218                 DeleteKeys (old_node_keys);
 219                 DeleteKeys (new_node_keys);
 220
 221                 PrintNode (node_num);
 222                 PrintNode (new_node_num);
 223
 224                 /* Paso los hijos */
 225                 left_child = node_num;
 226                 right_child = new_node_num;
 227                 delete [] new_node;
 228                 delete [] node;
 229         }
 230
 231         return kout;
 232 }
 233
 234 Clave* BTree::AddKeyOtherR (const Clave *k, uint node_num, uint &left_child, uint &right_child)
 235 {
 236         Clave *kout = NULL;
 237         std::list<BTreeData *> node_keys;
 238
 239         BTreeData *data = new BTreeLeafData (k->Clone ());
 240
 241         /* Leo el nodo raiz para empezar a agregar */
 242         uchar *node = ReadBlock (node_num);
 243         BTreeNodeHeader node_header;
 244         ReadNodoHeader (node, &node_header);
 245
 246         node_keys = ReadKeys (node, node_header);
 247
 248         std::list<BTreeData *>::iterator it = node_keys.begin ();
 249         std::list<BTreeData *>::iterator posterior;
 250         std::list<BTreeData *>::iterator ultima;
 251
 252         /* Se supone que la primera es un hijo :) */
 253         BTreeData *lchild = (*it++);
 254         posterior = it;
 255
 256         while (it != node_keys.end ()) {
 257                 if ((*data) < (*(*it)))
 258                         break;
 259                 ultima = it;
 260                 it++;
 261         }
 262
 263         if (it == posterior) {
 264                 k = AddKeyR (k, lchild->getChild (), left_child, right_child);
 265         } else {
 266                 k = AddKeyR (k, (*ultima)->getChild (), left_child, right_child);
 267         }
 268         DeleteKeys (node_keys);
 269
 270         /* Nada que hacer */
 271         if (data) delete data;
 272         if (!k) {
 273                 delete [] node;
 274                 return NULL;
 275         }
 276
 277         data = new BTreeData (k->Clone (), right_child);
 278
 279         if (node_header.free_space > data->Size ()) {
 280                 BTreeData *datait;
 281                 node_keys = ReadKeys (node, node_header);
 282                 std::list<BTreeData *>::iterator it = node_keys.begin ();
 283
 284                 while (it != node_keys.end ()) {
 285                         datait = (*it);
 286                         if ((*data) < (*datait))
 287                                 /* Me pase, lo agrego aca! */
 288                                 break;
 289                         it++;
 290                 }
 291                 node_keys.insert (it, data);
 292                 WriteKeys (node, node_header, node_keys);
 293                 WriteNodoHeader (node, &node_header);
 294                 WriteBlock (node, node_num);
 295                 DeleteKeys (node_keys);
 296                 delete [] node;
 297
 298                 PrintNode (node_num);
 299         } else {
 300                 /* Split : Creo e inicializo el nuevo nodo */
 301                 std::list<BTreeData *> new_node_keys;
 302                 std::list<BTreeData *> old_node_keys;
 303                 BTreeNodeHeader new_node_header;
 304                 uint new_node_num;
 305                 uchar *new_node = NewBlock (new_node_num);
 306                 ReadNodoHeader (new_node, &new_node_header);
 307                 new_node_header.level = node_header.level;
 308
 309                 node_keys = ReadKeys (node, node_header);
 310                 new_node_keys = ReadKeys (new_node, new_node_header);
 311
 312                 /* Agrego la clave en la lista que ya tengo de manera ordenada */
 313                 std::list<BTreeData *>::iterator it = node_keys.begin ();
 314                 std::list<BTreeData *>::iterator previt = node_keys.begin ();
 315
 316                 previt = ++it;
 317
 318                 while (it != node_keys.end ()) {
 319                         BTreeData *datait;
 320                         datait = (*it);
 321                         if ((*data) < (*datait))
 322                                 /* Me pase, lo agrego aca! */
 323                                 break;
 324                         previt = it;
 325                         it++;
 326                 }
 327                 if (it != node_keys.end ())
 328                         node_keys.insert (it, data);
 329                 else
 330                         node_keys.push_back (data);
 331
 332                 /* Tengo que guardar claves hasta ocupar nodo size/2 en cada nodo
 333                  * y subir la clave del medio */
 334                 node_header.item_count = 0;
 335                 node_header.free_space = header.block_size - sizeof (BTreeNodeHeader);
 336
 337                 uint total_size = 0;
 338                 it = node_keys.begin ();
 339                 while (it != node_keys.end ()) {
 340                         BTreeData *datait;
 341                         datait = (*it);
 342                         total_size += datait->Size ();
 343                         it++;
 344                         /* Hack : Si me quedo con todas las claves, en el caso de ser
 345                          * del mismo tama#o se desbalancea. Hay que ver que efecto
 346                          * puede tener en el caso de claves de long. variable
 347                          */
 348                         if (it == node_keys.end ())
 349                                 total_size -= datait->Size ();
 350                 }
 351
 352                 it = node_keys.begin ();
 353                 uint used = 0;
 354                 while (used < total_size/2) {
 355                         BTreeData *d = (*it);
 356                         old_node_keys.push_back (d);
 357                         used += d->Size ();
 358                         it++;
 359                 }
 360                 kout = (*it)->getClave (); // Esta se retorna al "padre" para que se la agregue
 361
 362                 new_node_keys.push_back ( new BTreeChildData ((*it)->getChild ()));
 363                 it++;
 364                 while (it != node_keys.end ()) {
 365                         BTreeData *d = (*it);
 366                         new_node_keys.push_back (d);
 367                         it++;
 368                 }
 369
 370                 /* Guardo */
 371                 WriteKeys (node, node_header, old_node_keys);
 372                 WriteNodoHeader (node, &node_header);
 373                 WriteBlock (node, node_num);
 374                 WriteKeys (new_node, new_node_header, new_node_keys);
 375                 WriteNodoHeader (new_node, &new_node_header);
 376                 WriteBlock (new_node, new_node_num);
 377                 DeleteKeys (old_node_keys);
 378                 DeleteKeys (new_node_keys);
 379
 380                 PrintNode (node_num);
 381                 PrintNode (new_node_num);
 382
 383                 /* Paso los hijos */
 384                 left_child = node_num;
 385                 right_child = new_node_num;
 386                 delete [] new_node;
 387                 delete [] node;
 388         }
 389
 390         return kout;
 391 }
 392
 393 void BTree::DelKey (const Clave &k) {}
 394
 395 void BTree::ReadNodoHeader (uchar *node, BTreeNodeHeader *header)
 396 {
 397         memcpy (header, node, sizeof (BTreeNodeHeader));
 398 }
 399
 400 void BTree::WriteNodoHeader (uchar *node, BTreeNodeHeader *header)
 401 {
 402         memcpy (node, header, sizeof (BTreeNodeHeader));
 403 }
 404
 405 uchar *BTree::ReadBlock (uint num)
 406 {
 407         uchar *out = new uchar[header.block_size];
 408
 409         fseek (fp, num*header.block_size + sizeof (BTreeFileHeader), SEEK_SET);
 410         fread (out, 1, header.block_size, fp);
 411
 412         return out;
 413 }
 414
 415 std::list<BTreeData *> BTree::ReadKeys (uchar *node, BTreeNodeHeader &node_header)
 416 {
 417         std::list<BTreeData *> keys;
 418         node += sizeof (BTreeNodeHeader);
 419         uint count = node_header.item_count;
 420
 421         if (node_header.item_count == 0) return keys;
 422
 423         if (node_header.level != 0) {
 424                 /* Si no es una hoja, lo primero que tengo es un BTreeChildData */
 425                 BTreeChildData *d = new BTreeChildData (node);
 426                 node += d->Size ();
 427                 keys.push_back (d);
 428                 count--;
 429         }
 430
 431         for (uint i=0; i<count; i++) {
 432                 /* TODO : El tipo de clave deberia ser usado
 433                  * dependiendo de algun dato en el header del
 434                  * arbol
 435                  */
 436                 /* TODO : Detectar si estoy en una hoja */
 437                 BTreeData *data;
 438                 if (node_header.level == 0) {
 439                         data = new BTreeLeafData (node, key_type);
 440                 } else {
 441                         data = new BTreeData (node, key_type);
 442                 }
 443                 node += data->Size ();
 444                 keys.push_back (data);
 445         }
 446
 447         return keys;
 448 }
 449
 450 void BTree::WriteKeys (uchar *node, BTreeNodeHeader &node_header, std::list<BTreeData *> &keys)
 451 {
 452         std::list<BTreeData *>::iterator it = keys.begin ();
 453
 454         node += sizeof (BTreeNodeHeader);
 455
 456         node_header.item_count = 0;
 457         node_header.free_space = header.block_size - sizeof (BTreeNodeHeader);
 458
 459         while (it != keys.end ()) {
 460                 BTreeData *d = (*it);
 461                 uchar *n = d->ToArray ();
 462                 memcpy (node, n, d->Size ());
 463                 delete [] n;
 464                 node += d->Size ();
 465                 node_header.free_space -= d->Size ();
 466                 node_header.item_count++;
 467                 it++;
 468         }
 469
 470         /* TODO : incrementar node_header.item_count aca o fuera de este metodo? */
 471 }
 472
 473 void BTree::PrintNode (uint num)
 474 {
 475         uchar *node = ReadBlock (num);
 476         BTreeNodeHeader node_header;
 477         ReadNodoHeader (node, &node_header);
 478
 479         std::list<BTreeData *> node_keys = ReadKeys (node, node_header);
 480         std::list<BTreeData *>::iterator it = node_keys.begin ();
 481
 482         std::cout << "Nodo  : " << num << std::endl;
 483         std::cout << "Level : " << node_header.level << std::endl;
 484         std::cout << "Items : " << node_header.item_count << std::endl;
 485         std::cout << "Free  : " << node_header.free_space << " (" << (header.block_size - sizeof (BTreeNodeHeader)) << ")" << std::endl;
 486         while (it != node_keys.end ()) {
 487                 std::string s = *(*it);
 488                 std::cout << s << " ";
 489                 it++;
 490         }
 491         std::cout << std::endl;
 492
 493         delete [] node;
 494         DeleteKeys (node_keys);
 495 }
 496
 497 uchar *BTree::NewBlock (uint &num)
 498 {
 499         long filelen;
 500         uchar *node;
 501         BTreeNodeHeader nh;
 502
 503         fseek (fp, 0, SEEK_END);
 504         filelen = ftell (fp);
 505
 506         num = (filelen - sizeof (BTreeFileHeader))/header.block_size;
 507
 508         node = new uchar[header.block_size];
 509         ReadNodoHeader (node, &nh);
 510         nh.level = 0;
 511         nh.free_space = header.block_size - sizeof (BTreeNodeHeader);
 512         nh.item_count = 0;
 513         WriteNodoHeader (node, &nh);
 514         WriteBlock (node, num);
 515
 516         return node;
 517 }
 518
 519 bool BTree::FindKey (const Clave &k)
 520 {
 521         return FindKeyR (&k, 0);
 522 }
 523
 524 bool BTree::FindKeyR (const Clave *k, uint node_num)
 525 {
 526         std::list<BTreeData *> node_keys;
 527         BTreeNodeHeader node_header;
 528
 529         /* Leo el nodo raiz para empezar a agregar */
 530         uchar *node = ReadBlock (node_num);
 531         ReadNodoHeader (node, &node_header);
 532         node_keys = ReadKeys (node, node_header);
 533
 534         std::list<BTreeData *>::iterator it = node_keys.begin ();
 535         std::list<BTreeData *>::iterator posterior;
 536         std::list<BTreeData *>::iterator ultima;
 537
 538         /* Se supone que la primera es un hijo :) */
 539         BTreeData *lchild;
 540         if (node_header.level != 0) {
 541                 lchild = (*it++);
 542         }
 543         posterior = it;
 544
 545         BTreeData *data;
 546         if (node_header.level == 0)
 547                 data = new BTreeLeafData ((Clave *)k);
 548         else
 549                 data = new BTreeData ((Clave *)k, 0);
 550
 551         while (it != node_keys.end ()) {
 552                 if ((*data) == (*(*it))) {
 553                         /* La encontre!, retorno */
 554                         delete [] node;
 555                         DeleteKeys (node_keys);
 556                         return true;
 557                 }
 558
 559                 if ((*data) < (*(*it)))
 560                         break;
 561                 ultima = it;
 562                 it++;
 563         }
 564
 565         /* TODO: Aca faltaria liberar memoria */
 566         if (it == posterior)
 567                 return FindKeyR (k, lchild->getChild ());
 568
 569         return FindKeyR (k, (*ultima)->getChild ());
 570 }
 571
 572 void BTree::DeleteKeys (std::list<BTreeData *> &keys)
 573 {
 574         std::list<BTreeData *>::iterator it = keys.begin ();
 575
 576         while (it != keys.end ()) {
 577                 BTreeData *d = (*it);
 578                 delete d;
 579                 it++;
 580         }
 581 }
 582