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         num++;
  49         fseek (fp, num*header.block_size, SEEK_SET);
  50         fwrite (block, 1, header.block_size, fp);
  51 }
  52
  53 void BTree::AddKey (const Clave &k)
  54 {
  55         uint left, right;
  56         Clave *kout = AddKeyR (k.Clone (), 0, left, right);
  57
  58         if (kout) {
  59                 unsigned short level;
  60                 /* Debo dejar la raiz en el nodo 0, por lo que paso el nodo
  61                  * que esta usando el hijo izquierdo a un nuevo nodo */
  62                 std::list<BTreeData *> node_keys;
  63                 BTreeNodeHeader node_header;
  64                 uchar *node = ReadBlock (left);
  65                 ReadNodoHeader (node, &node_header);
  66                 node_keys = ReadKeys (node, node_header);
  67                 level = node_header.level + 1;
  68
  69                 uchar *new_node = NewBlock (left);
  70                 delete [] new_node; /* No me interesa, voy a usar lo leio antes */
  71
  72                 WriteKeys (node, node_header, node_keys);
  73                 WriteNodoHeader (node, &node_header);
  74                 WriteBlock (node, left);
  75                 DeleteKeys (node_keys);
  76                 delete [] node;
  77
  78                 /* Leo y actualizo la Raiz */
  79                 node = ReadBlock (0);
  80                 ReadNodoHeader (node, &node_header);
  81                 node_keys = std::list<BTreeData *>();
  82
  83                 node_keys.push_back (new BTreeChildData (left));
  84                 node_keys.push_back (new BTreeData (kout, right));
  85
  86                 node_header.level = level;
  87                 node_header.item_count = 1;
  88
  89                 WriteKeys (node, node_header, node_keys);
  90                 WriteNodoHeader (node, &node_header);
  91                 WriteBlock (node, 0);
  92                 delete [] node;
  93                 DeleteKeys (node_keys);
  94                 PrintNode (0);
  95         }
  96 }
  97
  98 Clave* BTree::AddKeyR (const Clave *k, uint node_num, uint &left_child, uint &right_child)
  99 {
 100         uchar *node = ReadBlock (node_num);
 101         BTreeNodeHeader node_header;
 102         ReadNodoHeader (node, &node_header);
 103         delete [] node;
 104
 105         if (node_header.level == 0)
 106                 return AddKeyLeafR (k, node_num, left_child, right_child);
 107
 108         return AddKeyOtherR (k, node_num, left_child, right_child);
 109 }
 110
 111 Clave* BTree::AddKeyLeafR (const Clave *k, uint node_num, uint &left_child, uint &right_child)
 112 {
 113         Clave *kout = NULL;
 114         std::list<BTreeData *> node_keys;
 115
 116         BTreeData *data = new BTreeLeafData (k->Clone ());
 117
 118         /* Leo el nodo raiz para empezar a agregar */
 119         uchar *node = ReadBlock (node_num);
 120         BTreeNodeHeader node_header;
 121         ReadNodoHeader (node, &node_header);
 122
 123         if (node_header.free_space > data->Size ()) {
 124                 BTreeData *datait;
 125                 node_keys = ReadKeys (node, node_header);
 126                 std::list<BTreeData *>::iterator it = node_keys.begin ();
 127
 128                 while (it != node_keys.end ()) {
 129                         datait = (*it);
 130                         if ((*data) < (*datait))
 131                                 /* Me pase, lo agrego aca! */
 132                                 break;
 133                         it++;
 134                 }
 135                 node_keys.insert (it, data);
 136                 WriteKeys (node, node_header, node_keys);
 137                 WriteNodoHeader (node, &node_header);
 138                 WriteBlock (node, node_num);
 139                 DeleteKeys (node_keys);
 140                 delete [] node;
 141
 142                 PrintNode (node_num);
 143         } else {
 144                 /* Split : Creo e inicializo el nuevo nodo */
 145                 std::list<BTreeData *> new_node_keys;
 146                 std::list<BTreeData *> old_node_keys;
 147                 BTreeNodeHeader new_node_header;
 148                 uint new_node_num;
 149                 uchar *new_node = NewBlock (new_node_num);
 150                 ReadNodoHeader (new_node, &new_node_header);
 151                 new_node_header.level = node_header.level;
 152
 153                 node_keys = ReadKeys (node, node_header);
 154                 new_node_keys = ReadKeys (new_node, new_node_header);
 155
 156                 /* Agrego la clave en la lista que ya tengo de manera ordenada */
 157                 std::list<BTreeData *>::iterator it = node_keys.begin ();
 158                 std::list<BTreeData *>::iterator previt = node_keys.begin ();
 159
 160                 while (it != node_keys.end ()) {
 161                         BTreeData *datait;
 162                         datait = (*it);
 163                         if ((*data) < (*datait))
 164                                 /* Me pase, lo agrego aca! */
 165                                 break;
 166                         previt = it;
 167                         it++;
 168                 }
 169                 if (it != node_keys.end ())
 170                         node_keys.insert (it, data);
 171                 else
 172                         node_keys.push_back (data);
 173
 174                 /* Tengo que guardar claves hasta ocupar nodo size/2 en cada nodo
 175                  * y subir la clave del medio */
 176                 node_header.item_count = 0;
 177                 node_header.free_space = header.block_size - sizeof (BTreeNodeHeader);
 178
 179                 uint total_size = 0;
 180                 it = node_keys.begin ();
 181                 while (it != node_keys.end ()) {
 182                         BTreeData *datait;
 183                         datait = (*it);
 184                         total_size += datait->Size ();
 185                         it++;
 186                         /* Hack : Si me quedo con todas las claves, en el caso de ser
 187                          * del mismo tama#o se desbalancea. Hay que ver que efecto
 188                          * puede tener en el caso de claves de long. variable
 189                          */
 190                         if (it == node_keys.end ())
 191                                 total_size -= datait->Size ();
 192                 }
 193
 194                 it = node_keys.begin ();
 195                 uint used = 0;
 196                 while (used < total_size/2) {
 197                         BTreeData *d = (*it);
 198                         old_node_keys.push_back (d);
 199                         used += d->Size ();
 200                         it++;
 201                 }
 202                 kout = (*it++)->getClave (); // Esta se retorna al "padre" para que se la agregue
 203
 204                 while (it != node_keys.end ()) {
 205                         BTreeData *d = (*it);
 206                         new_node_keys.push_back (d);
 207                         it++;
 208                 }
 209
 210                 /* Guardo */
 211                 WriteKeys (node, node_header, old_node_keys);
 212                 WriteNodoHeader (node, &node_header);
 213                 WriteBlock (node, node_num);
 214                 WriteKeys (new_node, new_node_header, new_node_keys);
 215                 WriteNodoHeader (new_node, &new_node_header);
 216                 WriteBlock (new_node, new_node_num);
 217                 DeleteKeys (old_node_keys);
 218                 DeleteKeys (new_node_keys);
 219
 220                 PrintNode (node_num);
 221                 PrintNode (new_node_num);
 222
 223                 /* Paso los hijos */
 224                 left_child = node_num;
 225                 right_child = new_node_num;
 226                 delete [] new_node;
 227                 delete [] node;
 228         }
 229
 230         return kout;
 231 }
 232
 233 Clave* BTree::AddKeyOtherR (const Clave *k, uint node_num, uint &left_child, uint &right_child)
 234 {
 235         Clave *kout = NULL;
 236         std::list<BTreeData *> node_keys;
 237
 238         BTreeData *data = new BTreeLeafData (k->Clone ());
 239
 240         /* Leo el nodo raiz para empezar a agregar */
 241         uchar *node = ReadBlock (node_num);
 242         BTreeNodeHeader node_header;
 243         ReadNodoHeader (node, &node_header);
 244
 245         node_keys = ReadKeys (node, node_header);
 246
 247         std::list<BTreeData *>::iterator it = node_keys.begin ();
 248         std::list<BTreeData *>::iterator posterior;
 249         std::list<BTreeData *>::iterator ultima;
 250
 251         /* Se supone que la primera es un hijo :) */
 252         BTreeData *lchild = (*it++);
 253         posterior = it;
 254
 255         while (it != node_keys.end ()) {
 256                 if ((*data) < (*(*it)))
 257                         break;
 258                 ultima = it;
 259                 it++;
 260         }
 261
 262         if (it == posterior) {
 263                 k = AddKeyR (k, lchild->getChild (), left_child, right_child);
 264         } else {
 265                 k = AddKeyR (k, (*ultima)->getChild (), left_child, right_child);
 266         }
 267         DeleteKeys (node_keys);
 268
 269         /* Nada que hacer */
 270         if (data) delete data;
 271         if (!k) {
 272                 delete [] node;
 273                 return NULL;
 274         }
 275
 276         data = new BTreeData (k->Clone (), right_child);
 277
 278         if (node_header.free_space > data->Size ()) {
 279                 BTreeData *datait;
 280                 node_keys = ReadKeys (node, node_header);
 281                 std::list<BTreeData *>::iterator it = node_keys.begin ();
 282
 283                 while (it != node_keys.end ()) {
 284                         datait = (*it);
 285                         if ((*data) < (*datait))
 286                                 /* Me pase, lo agrego aca! */
 287                                 break;
 288                         it++;
 289                 }
 290                 node_keys.insert (it, data);
 291                 WriteKeys (node, node_header, node_keys);
 292                 WriteNodoHeader (node, &node_header);
 293                 WriteBlock (node, node_num);
 294                 DeleteKeys (node_keys);
 295                 delete [] node;
 296
 297                 PrintNode (node_num);
 298         } else {
 299                 /* Split : Creo e inicializo el nuevo nodo */
 300                 std::list<BTreeData *> new_node_keys;
 301                 std::list<BTreeData *> old_node_keys;
 302                 BTreeNodeHeader new_node_header;
 303                 uint new_node_num;
 304                 uchar *new_node = NewBlock (new_node_num);
 305                 ReadNodoHeader (new_node, &new_node_header);
 306                 new_node_header.level = node_header.level;
 307
 308                 node_keys = ReadKeys (node, node_header);
 309                 new_node_keys = ReadKeys (new_node, new_node_header);
 310
 311                 /* Agrego la clave en la lista que ya tengo de manera ordenada */
 312                 std::list<BTreeData *>::iterator it = node_keys.begin ();
 313                 std::list<BTreeData *>::iterator previt = node_keys.begin ();
 314
 315                 previt = ++it;
 316
 317                 while (it != node_keys.end ()) {
 318                         BTreeData *datait;
 319                         datait = (*it);
 320                         if ((*data) < (*datait))
 321                                 /* Me pase, lo agrego aca! */
 322                                 break;
 323                         previt = it;
 324                         it++;
 325                 }
 326                 if (it != node_keys.end ())
 327                         node_keys.insert (it, data);
 328                 else
 329                         node_keys.push_back (data);
 330
 331                 /* Tengo que guardar claves hasta ocupar nodo size/2 en cada nodo
 332                  * y subir la clave del medio */
 333                 node_header.item_count = 0;
 334                 node_header.free_space = header.block_size - sizeof (BTreeNodeHeader);
 335
 336                 uint total_size = 0;
 337                 it = node_keys.begin ();
 338                 while (it != node_keys.end ()) {
 339                         BTreeData *datait;
 340                         datait = (*it);
 341                         total_size += datait->Size ();
 342                         it++;
 343                         /* Hack : Si me quedo con todas las claves, en el caso de ser
 344                          * del mismo tama#o se desbalancea. Hay que ver que efecto
 345                          * puede tener en el caso de claves de long. variable
 346                          */
 347                         if (it == node_keys.end ())
 348                                 total_size -= datait->Size ();
 349                 }
 350
 351                 it = node_keys.begin ();
 352                 uint used = 0;
 353                 while (used < total_size/2) {
 354                         BTreeData *d = (*it);
 355                         old_node_keys.push_back (d);
 356                         used += d->Size ();
 357                         it++;
 358                 }
 359                 kout = (*it)->getClave (); // Esta se retorna al "padre" para que se la agregue
 360
 361                 new_node_keys.push_back ( new BTreeChildData ((*it)->getChild ()));
 362                 it++;
 363                 while (it != node_keys.end ()) {
 364                         BTreeData *d = (*it);
 365                         new_node_keys.push_back (d);
 366                         it++;
 367                 }
 368
 369                 /* Guardo */
 370                 WriteKeys (node, node_header, old_node_keys);
 371                 WriteNodoHeader (node, &node_header);
 372                 WriteBlock (node, node_num);
 373                 WriteKeys (new_node, new_node_header, new_node_keys);
 374                 WriteNodoHeader (new_node, &new_node_header);
 375                 WriteBlock (new_node, new_node_num);
 376                 DeleteKeys (old_node_keys);
 377                 DeleteKeys (new_node_keys);
 378
 379                 PrintNode (node_num);
 380                 PrintNode (new_node_num);
 381
 382                 /* Paso los hijos */
 383                 left_child = node_num;
 384                 right_child = new_node_num;
 385                 delete [] new_node;
 386                 delete [] node;
 387         }
 388
 389         return kout;
 390 }
 391
 392 void BTree::DelKey (const Clave &k) {}
 393
 394 void BTree::ReadNodoHeader (uchar *node, BTreeNodeHeader *header)
 395 {
 396         memcpy (header, node, sizeof (BTreeNodeHeader));
 397 }
 398
 399 void BTree::WriteNodoHeader (uchar *node, BTreeNodeHeader *header)
 400 {
 401         memcpy (node, header, sizeof (BTreeNodeHeader));
 402 }
 403
 404 uchar *BTree::ReadBlock (uint num)
 405 {
 406         /* Como el bloque 0 se usa para el header, el Nodo "num"
 407          * está en el bloque "num+1"
 408          */
 409         num++;
 410
 411         uchar *out = new uchar[header.block_size];
 412
 413         fseek (fp, num*header.block_size, SEEK_SET);
 414         fread (out, 1, header.block_size, fp);
 415
 416         return out;
 417 }
 418
 419 std::list<BTreeData *> BTree::ReadKeys (uchar *node, BTreeNodeHeader &node_header)
 420 {
 421         std::list<BTreeData *> keys;
 422         node += sizeof (BTreeNodeHeader);
 423         uint count = node_header.item_count;
 424
 425         if (node_header.item_count == 0) return keys;
 426
 427         if (node_header.level != 0) {
 428                 /* Si no es una hoja, lo primero que tengo es un BTreeChildData */
 429                 BTreeChildData *d = new BTreeChildData (node);
 430                 node += d->Size ();
 431                 keys.push_back (d);
 432                 count--;
 433         }
 434
 435         for (uint i=0; i<count; i++) {
 436                 /* TODO : El tipo de clave deberia ser usado
 437                  * dependiendo de algun dato en el header del
 438                  * arbol
 439                  */
 440                 /* TODO : Detectar si estoy en una hoja */
 441                 BTreeData *data;
 442                 if (node_header.level == 0) {
 443                         data = new BTreeLeafData (node, key_type);
 444                 } else {
 445                         data = new BTreeData (node, key_type);
 446                 }
 447                 node += data->Size ();
 448                 keys.push_back (data);
 449         }
 450
 451         return keys;
 452 }
 453
 454 void BTree::WriteKeys (uchar *node, BTreeNodeHeader &node_header, std::list<BTreeData *> &keys)
 455 {
 456         std::list<BTreeData *>::iterator it = keys.begin ();
 457
 458         node += sizeof (BTreeNodeHeader);
 459
 460         node_header.item_count = 0;
 461         node_header.free_space = header.block_size - sizeof (BTreeNodeHeader);
 462
 463         while (it != keys.end ()) {
 464                 BTreeData *d = (*it);
 465                 uchar *n = d->ToArray ();
 466                 memcpy (node, n, d->Size ());
 467                 delete [] n;
 468                 node += d->Size ();
 469                 node_header.free_space -= d->Size ();
 470                 node_header.item_count++;
 471                 it++;
 472         }
 473
 474         /* TODO : incrementar node_header.item_count aca o fuera de este metodo? */
 475 }
 476
 477 void BTree::PrintNode (uint num)
 478 {
 479         uchar *node = ReadBlock (num);
 480         BTreeNodeHeader node_header;
 481         ReadNodoHeader (node, &node_header);
 482
 483         std::list<BTreeData *> node_keys = ReadKeys (node, node_header);
 484         std::list<BTreeData *>::iterator it = node_keys.begin ();
 485
 486         std::cout << "Nodo  : " << num << std::endl;
 487         std::cout << "Level : " << node_header.level << std::endl;
 488         std::cout << "Items : " << node_header.item_count << std::endl;
 489         std::cout << "Free  : " << node_header.free_space << " (" << (header.block_size - sizeof (BTreeNodeHeader)) << ")" << std::endl;
 490         while (it != node_keys.end ()) {
 491                 std::string s = *(*it);
 492                 std::cout << s << " ";
 493                 it++;
 494         }
 495         std::cout << std::endl;
 496
 497         delete [] node;
 498         DeleteKeys (node_keys);
 499 }
 500
 501 uchar *BTree::NewBlock (uint &num)
 502 {
 503         long filelen;
 504         uchar *node;
 505         BTreeNodeHeader nh;
 506
 507         fseek (fp, 0, SEEK_END);
 508         filelen = ftell (fp);
 509
 510         num = filelen/header.block_size - 1;
 511
 512         node = new uchar[header.block_size];
 513         ReadNodoHeader (node, &nh);
 514         nh.level = 0;
 515         nh.free_space = header.block_size - sizeof (BTreeNodeHeader);
 516         nh.item_count = 0;
 517         WriteNodoHeader (node, &nh);
 518         WriteBlock (node, num);
 519
 520         return node;
 521 }
 522
 523 bool BTree::FindKey (const Clave &k)
 524 {
 525         return FindKeyR (&k, 0);
 526 }
 527
 528 bool BTree::FindKeyR (const Clave *k, uint node_num)
 529 {
 530         std::list<BTreeData *> node_keys;
 531         BTreeNodeHeader node_header;
 532
 533         /* Leo el nodo raiz para empezar a agregar */
 534         uchar *node = ReadBlock (node_num);
 535         ReadNodoHeader (node, &node_header);
 536         node_keys = ReadKeys (node, node_header);
 537
 538         std::list<BTreeData *>::iterator it = node_keys.begin ();
 539         std::list<BTreeData *>::iterator posterior;
 540         std::list<BTreeData *>::iterator ultima;
 541
 542         /* Se supone que la primera es un hijo :) */
 543         BTreeData *lchild;
 544         if (node_header.level != 0) {
 545                 lchild = (*it++);
 546         }
 547         posterior = it;
 548
 549         BTreeData *data;
 550         if (node_header.level == 0)
 551                 data = new BTreeLeafData ((Clave *)k);
 552         else
 553                 data = new BTreeData ((Clave *)k, 0);
 554
 555         while (it != node_keys.end ()) {
 556                 if ((*data) == (*(*it))) {
 557                         /* La encontre!, retorno */
 558                         delete [] node;
 559                         DeleteKeys (node_keys);
 560                         return true;
 561                 }
 562
 563                 if ((*data) < (*(*it)))
 564                         break;
 565                 ultima = it;
 566                 it++;
 567         }
 568
 569         /* TODO: Aca faltaria liberar memoria */
 570         if (it == posterior)
 571                 return FindKeyR (k, lchild->getChild ());
 572
 573         return FindKeyR (k, (*ultima)->getChild ());
 574 }
 575
 576 void BTree::DeleteKeys (std::list<BTreeData *> &keys)
 577 {
 578         std::list<BTreeData *>::iterator it = keys.begin ();
 579
 580         while (it != keys.end ()) {
 581                 BTreeData *d = (*it);
 582                 delete d;
 583                 it++;
 584         }
 585 }
 586