Add casereaders and casewriters, the basis of the new data processing
[pspp-builds.git] / src / data / casereader.c
diff --git a/src/data/casereader.c b/src/data/casereader.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..da49e03
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,605 @@
+/* PSPP - computes sample statistics.
+   Copyright (C) 2007 Free Software Foundation, Inc.
+
+   This program 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 2 of the
+   License, or (at your option) any later version.
+
+   This program 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 program; if not, write to the Free Software
+   Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA
+   02110-1301, USA. */
+
+#include <config.h>
+
+#include <data/casereader.h>
+#include <data/casereader-provider.h>
+
+#include <stdlib.h>
+
+#include <data/casewindow.h>
+#include <data/casewriter.h>
+#include <data/settings.h>
+#include <libpspp/assertion.h>
+#include <libpspp/heap.h>
+#include <libpspp/taint.h>
+
+#include "xalloc.h"
+
+/* A casereader. */
+struct casereader 
+  {
+    struct taint *taint;                  /* Corrupted? */
+    size_t value_cnt;                     /* Values per case. */
+    casenumber case_cnt;                  /* Number of cases,
+                                             CASENUMBER_MAX if unknown. */
+    const struct casereader_class *class; /* Class. */
+    void *aux;                            /* Auxiliary data for class. */
+  };
+
+static void insert_shim (struct casereader *);
+
+/* Creates a new case in C and reads the next case from READER
+   into it.  The caller owns C and must destroy C when its data
+   is no longer needed.  Return true if successful, false when
+   cases have been exhausted or upon detection of an I/O error.
+   In the latter case, C is set to the null case.
+
+   The case returned is effectively consumed: it can never be
+   read again through READER.  If this is inconvenient, READER
+   may be cloned in advance with casereader_clone, or
+   casereader_peek may be used instead. */
+bool
+casereader_read (struct casereader *reader, struct ccase *c) 
+{
+  if (reader->case_cnt != 0 && reader->class->read (reader, reader->aux, c)) 
+    {
+      assert (case_get_value_cnt (c) == reader->value_cnt);
+      if (reader->case_cnt != CASENUMBER_MAX)
+        reader->case_cnt--;
+      return true; 
+    }
+  else 
+    {
+      reader->case_cnt = 0;
+      case_nullify (c);
+      return false; 
+    }
+}
+
+/* Destroys READER.
+   Returns false if an I/O error was detected on READER, true
+   otherwise. */
+bool
+casereader_destroy (struct casereader *reader) 
+{
+  bool ok = true;
+  if (reader != NULL) 
+    {
+      reader->class->destroy (reader, reader->aux);
+      ok = taint_destroy (reader->taint);
+      free (reader);
+    }
+  return ok;
+}
+
+/* Returns a clone of READER.  READER and its clone may be used
+   to read the same sequence of cases in the same order, barring
+   I/O errors. */
+struct casereader *
+casereader_clone (const struct casereader *reader_) 
+{
+  struct casereader *reader = (struct casereader *) reader_;
+  struct casereader *clone;
+
+  if (reader->class->clone == NULL)
+    insert_shim (reader);
+  clone = reader->class->clone (reader, reader->aux);
+  assert (clone != NULL);
+  assert (clone != reader);
+  return clone;
+}
+
+/* Makes a copy of ORIGINAL into *NEW1 (if NEW1 is non-null) and
+   *NEW2 (if NEW2 is non-null), then destroys ORIGINAL. */
+void
+casereader_split (struct casereader *original,
+                  struct casereader **new1, struct casereader **new2) 
+{
+  if (new1 != NULL && new2 != NULL) 
+    {
+      *new1 = casereader_rename (original);
+      *new2 = casereader_clone (*new1);
+    }
+  else if (new1 != NULL)
+    *new1 = casereader_rename (original);
+  else if (new2 != NULL)
+    *new2 = casereader_rename (original);
+  else
+    casereader_destroy (original);
+}
+
+/* Returns a copy of READER, which is itself destroyed.
+   Useful for taking over ownership of a casereader, to enforce
+   preventing the original owner from accessing the casereader
+   again. */
+struct casereader *
+casereader_rename (struct casereader *reader) 
+{
+  struct casereader *new = xmemdup (reader, sizeof *reader);
+  free (reader);
+  return new;
+}
+
+/* Exchanges the casereaders referred to by A and B. */
+void
+casereader_swap (struct casereader *a, struct casereader *b) 
+{
+  if (a != b) 
+    {
+      struct casereader tmp = *a;
+      *a = *b;
+      *b = tmp;
+    }
+}
+
+/* Creates a new case in C and reads the (IDX + 1)'th case from
+   READER into it.  The caller owns C and must destroy C when its
+   data is no longer needed.  Return true if successful, false
+   when cases have been exhausted or upon detection of an I/O
+   error.  In the latter case, C is set to the null case. */
+bool
+casereader_peek (struct casereader *reader, casenumber idx, struct ccase *c)
+{
+  if (idx < reader->case_cnt)
+    {
+      if (reader->class->peek == NULL)
+        insert_shim (reader);
+      if (reader->class->peek (reader, reader->aux, idx, c))
+        return true;
+      else if (casereader_error (reader)) 
+        reader->case_cnt = 0;
+    }
+  if (reader->case_cnt > idx)
+    reader->case_cnt = idx;
+  case_nullify (c);
+  return false;
+}
+
+/* Returns true if an I/O error or another hard error has
+   occurred on READER, a clone of READER, or on some object on
+   which READER's data has a dependency, false otherwise. */
+bool
+casereader_error (const struct casereader *reader) 
+{
+  return taint_is_tainted (reader->taint);
+}
+
+/* Marks READER as having encountered an error.
+
+   Ordinarily, this function should be called by the
+   implementation of a casereader, not by the casereader's
+   client.  Instead, casereader clients should usually ensure
+   that a casereader's error state is correct by using
+   taint_propagate to propagate to the casereader's taint
+   structure, which may be obtained via casereader_get_taint. */
+void
+casereader_force_error (struct casereader *reader) 
+{
+  taint_set_taint (reader->taint);
+}
+
+/* Returns READER's associate taint object, for use with
+   taint_propagate and other taint functions. */
+const struct taint *
+casereader_get_taint (const struct casereader *reader) 
+{
+  return reader->taint;
+}
+
+/* Returns the number of cases that will be read by successive
+   calls to casereader_read for READER, assuming that no errors
+   occur.  Upon an error condition, the case count drops to 0, so
+   that no more cases can be obtained.
+
+   Not all casereaders can predict the number of cases that they
+   will produce without actually reading all of them.  In that
+   case, this function returns CASENUMBER_MAX.  To obtain the
+   actual number of cases in such a casereader, use
+   casereader_count_cases. */
+casenumber
+casereader_get_case_cnt (struct casereader *reader) 
+{
+  return reader->case_cnt;
+}
+
+/* Returns the number of cases that will be read by successive
+   calls to casereader_read for READER, assuming that no errors
+   occur.  Upon an error condition, the case count drops to 0, so
+   that no more cases can be obtained.
+
+   For a casereader that cannot predict the number of cases it
+   will produce, this function actually reads (and discards) all
+   of the contents of a clone of READER.  Thus, the return value
+   is always correct in the absence of I/O errors. */
+casenumber
+casereader_count_cases (struct casereader *reader)
+{
+  if (reader->case_cnt == CASENUMBER_MAX)
+    {
+      casenumber n_cases = 0;
+      struct ccase c;
+
+      struct casereader *clone = casereader_clone (reader);
+
+      for (; casereader_read (clone, &c); case_destroy (&c))
+        n_cases++;
+
+      casereader_destroy (clone);
+      reader->case_cnt = n_cases;
+    }
+
+  return reader->case_cnt;
+}
+
+/* Returns the number of struct values in each case in READER. */
+size_t
+casereader_get_value_cnt (struct casereader *reader) 
+{
+  return reader->value_cnt;
+}
+
+/* Copies all the cases in READER to WRITER, propagating errors
+   appropriately. */
+void
+casereader_transfer (struct casereader *reader, struct casewriter *writer)
+{
+  struct ccase c;
+
+  taint_propagate (casereader_get_taint (reader),
+                   casewriter_get_taint (writer));
+  while (casereader_read (reader, &c))
+    casewriter_write (writer, &c);
+  casereader_destroy (reader);
+}
+
+/* Creates and returns a new casereader.  This function is
+   intended for use by casereader implementations, not by
+   casereader clients.
+
+   This function is most suited for creating a casereader for a
+   data source that is naturally sequential.
+   casereader_create_random may be more appropriate for a data
+   source that supports random access.
+
+   Ordinarily, specify a null pointer for TAINT, in which case
+   the new casereader will have a new, unique taint object.  If
+   the new casereader should have a clone of an existing taint
+   object, specify that object as TAINT.  (This is most commonly
+   useful in an implementation of the "clone" casereader_class
+   function, in which case the cloned casereader should have the
+   same taint object as the original casereader.)
+
+   VALUE_CNT must be the number of struct values per case read
+   from the casereader.
+
+   CASE_CNT is an upper limit on the number of cases that
+   casereader_read will return from the casereader in successive
+   calls.  Ordinarily, this is the actual number of cases in the
+   data source or CASENUMBER_MAX if the number of cases cannot be
+   predicted in advance.
+
+   CLASS and AUX are a set of casereader implementation-specific
+   member functions and auxiliary data to pass to those member
+   functions, respectively. */
+struct casereader *
+casereader_create_sequential (const struct taint *taint,
+                              size_t value_cnt, casenumber case_cnt,
+                              const struct casereader_class *class, void *aux) 
+{
+  struct casereader *reader = xmalloc (sizeof *reader);
+  reader->taint = taint != NULL ? taint_clone (taint) : taint_create ();
+  reader->value_cnt = value_cnt;
+  reader->case_cnt = case_cnt;
+  reader->class = class;
+  reader->aux = aux;
+  return reader;
+}
+\f
+/* Random-access casereader implementation.
+
+   This is a set of wrappers around casereader_create_sequential
+   and struct casereader_class to make it easy to create
+   efficient casereaders for data sources that natively support
+   random access. */
+
+/* One clone of a random reader. */
+struct random_reader
+  {
+    struct random_reader_shared *shared; /* Data shared among clones. */
+    struct heap_node heap_node; /* Node in shared data's heap of readers. */
+    casenumber offset;          /* Number of cases already read. */
+  };
+
+/* Returns the random_reader in which the given heap_node is
+   embedded. */
+static struct random_reader *
+random_reader_from_heap_node (const struct heap_node *node) 
+{
+  return heap_data (node, struct random_reader, heap_node);
+}
+
+/* Data shared among clones of a random reader. */
+struct random_reader_shared 
+  {
+    struct heap *readers;       /* Heap of struct random_readers. */
+    casenumber min_offset;      /* Smallest offset of any random_reader. */
+    const struct casereader_random_class *class;
+    void *aux;
+  };
+
+static struct casereader_class random_reader_casereader_class;
+
+/* Creates and returns a new random_reader with the given SHARED
+   data and OFFSET.  Inserts the new random reader into the
+   shared heap. */
+static struct random_reader *
+make_random_reader (struct random_reader_shared *shared, casenumber offset)
+{
+  struct random_reader *br = xmalloc (sizeof *br);
+  br->offset = offset;
+  br->shared = shared;
+  heap_insert (shared->readers, &br->heap_node);
+  return br;
+}
+
+/* Compares random_readers A and B by offset and returns a
+   strcmp()-like result. */
+static int
+compare_random_readers_by_offset (const struct heap_node *a_,
+                                  const struct heap_node *b_,
+                                  const void *aux UNUSED) 
+{
+  const struct random_reader *a = random_reader_from_heap_node (a_);
+  const struct random_reader *b = random_reader_from_heap_node (b_);
+  return a->offset < b->offset ? -1 : a->offset > b->offset;
+}
+
+/* Creates and returns a new casereader.  This function is
+   intended for use by casereader implementations, not by
+   casereader clients.
+
+   This function is most suited for creating a casereader for a
+   data source that supports random access.
+   casereader_create_sequential is more appropriate for a data
+   source that is naturally sequential.
+
+   VALUE_CNT must be the number of struct values per case read
+   from the casereader.
+
+   CASE_CNT is an upper limit on the number of cases that
+   casereader_read will return from the casereader in successive
+   calls.  Ordinarily, this is the actual number of cases in the
+   data source or CASENUMBER_MAX if the number of cases cannot be
+   predicted in advance.
+
+   CLASS and AUX are a set of casereader implementation-specific
+   member functions and auxiliary data to pass to those member
+   functions, respectively. */
+struct casereader *
+casereader_create_random (size_t value_cnt, casenumber case_cnt,
+                          const struct casereader_random_class *class,
+                          void *aux) 
+{
+  struct random_reader_shared *shared = xmalloc (sizeof *shared);
+  shared->readers = heap_create (compare_random_readers_by_offset, NULL);
+  shared->class = class;
+  shared->aux = aux;
+  shared->min_offset = 0;
+  return casereader_create_sequential (NULL, value_cnt, case_cnt,
+                                       &random_reader_casereader_class,
+                                       make_random_reader (shared, 0));
+}
+
+/* Reassesses the min_offset in SHARED based on the minimum
+   offset in the heap.   */
+static void
+advance_random_reader (struct casereader *reader,
+                       struct random_reader_shared *shared) 
+{
+  casenumber old, new;
+
+  old = shared->min_offset;
+  new = random_reader_from_heap_node (heap_minimum (shared->readers))->offset;
+  assert (new >= old);
+  if (new > old)
+    {
+      shared->min_offset = new;
+      shared->class->advance (reader, shared->aux, new - old);
+    }
+}
+
+/* struct casereader_class "read" function for random reader. */
+static bool
+random_reader_read (struct casereader *reader, void *br_, struct ccase *c)
+{
+  struct random_reader *br = br_;
+  struct random_reader_shared *shared = br->shared;
+
+  if (shared->class->read (reader, shared->aux,
+                           br->offset - shared->min_offset, c)) 
+    {
+      br->offset++;
+      heap_changed (shared->readers, &br->heap_node);
+      advance_random_reader (reader, shared); 
+      return true;
+    }
+  else
+    return false; 
+}
+
+/* struct casereader_class "destroy" function for random
+   reader. */
+static void
+random_reader_destroy (struct casereader *reader, void *br_) 
+{
+  struct random_reader *br = br_;
+  struct random_reader_shared *shared = br->shared;
+
+  heap_delete (shared->readers, &br->heap_node);
+  if (heap_is_empty (shared->readers)) 
+    {
+      heap_destroy (shared->readers);
+      shared->class->destroy (reader, shared->aux);
+      free (shared);
+    }
+  else
+    advance_random_reader (reader, shared);
+
+  free (br);
+}
+
+/* struct casereader_class "clone" function for random reader. */
+static struct casereader *
+random_reader_clone (struct casereader *reader, void *br_) 
+{
+  struct random_reader *br = br_;
+  struct random_reader_shared *shared = br->shared;
+  return casereader_create_sequential (casereader_get_taint (reader),
+                                       casereader_get_value_cnt (reader),
+                                       casereader_get_case_cnt (reader),
+                                       &random_reader_casereader_class,
+                                       make_random_reader (shared,
+                                                           br->offset));
+}
+
+/* struct casereader_class "peek" function for random reader. */
+static bool
+random_reader_peek (struct casereader *reader, void *br_,
+                    casenumber idx, struct ccase *c) 
+{
+  struct random_reader *br = br_;
+  struct random_reader_shared *shared = br->shared;
+
+  return shared->class->read (reader, shared->aux,
+                              br->offset - shared->min_offset + idx, c);
+}
+
+/* Casereader class for random reader. */
+static struct casereader_class random_reader_casereader_class = 
+  {
+    random_reader_read,
+    random_reader_destroy,
+    random_reader_clone,
+    random_reader_peek,
+  };
+\f
+/* Buffering shim for implementing clone and peek operations.
+
+   The "clone" and "peek" operations aren't implemented by all
+   types of casereaders, but we have to expose a uniform
+   interface anyhow.  We do this by interposing a buffering
+   casereader on top of the existing casereader on the first call
+   to "clone" or "peek".  The buffering casereader maintains a
+   window of cases that spans the positions of the original
+   casereader and all of its clones (the "clone set"), from the
+   position of the casereader that has read the fewest cases to
+   the position of the casereader that has read the most.  
+
+   Thus, if all of the casereaders in the clone set are at
+   approximately the same position, only a few cases are buffered
+   and there is little inefficiency.  If, on the other hand, one
+   casereader is not used to read any cases at all, but another
+   one is used to read all of the cases, the entire contents of
+   the casereader is copied into the buffer.  This still might
+   not be so inefficient, given that case data in memory is
+   shared across multiple identical copies, but in the worst case
+   the window implementation will write cases to disk instead of
+   maintaining them in-memory. */
+
+/* A buffering shim for a non-clonable or non-peekable
+   casereader. */
+struct shim 
+  {
+    struct casewindow *window;          /* Window of buffered cases. */
+    struct casereader *subreader;       /* Subordinate casereader. */
+  };
+
+static struct casereader_random_class shim_class;
+
+/* Interposes a buffering shim atop READER. */
+static void
+insert_shim (struct casereader *reader) 
+{
+  size_t value_cnt = casereader_get_value_cnt (reader);
+  casenumber case_cnt = casereader_get_case_cnt (reader);
+  struct shim *b = xmalloc (sizeof *b);
+  b->window = casewindow_create (value_cnt, get_workspace_cases (value_cnt));
+  b->subreader = casereader_create_random (value_cnt, case_cnt,
+                                           &shim_class, b);
+  casereader_swap (reader, b->subreader);
+  taint_propagate (casewindow_get_taint (b->window),
+                   casereader_get_taint (reader));
+  taint_propagate (casereader_get_taint (b->subreader),
+                   casereader_get_taint (reader));
+}
+
+/* Ensures that B's window contains at least CASE_CNT cases.
+   Return true if successful, false upon reaching the end of B's
+   subreader or an I/O error. */
+static bool
+prime_buffer (struct shim *b, casenumber case_cnt) 
+{
+  while (casewindow_get_case_cnt (b->window) < case_cnt) 
+    {
+      struct ccase tmp;
+      if (!casereader_read (b->subreader, &tmp))
+        return false;
+      casewindow_push_head (b->window, &tmp);
+    }
+  return true;
+}
+
+/* Reads the case at the given 0-based OFFSET from the front of
+   the window into C.  Returns true if successful, false if
+   OFFSET is beyond the end of file or upon I/O error. */
+static bool
+shim_read (struct casereader *reader UNUSED, void *b_,
+           casenumber offset, struct ccase *c) 
+{
+  struct shim *b = b_;
+  return (prime_buffer (b, offset + 1)
+          && casewindow_get_case (b->window, offset, c));
+}
+
+/* Destroys B. */
+static void
+shim_destroy (struct casereader *reader UNUSED, void *b_) 
+{
+  struct shim *b = b_;
+  casewindow_destroy (b->window);
+  casereader_destroy (b->subreader);
+  free (b);
+}
+
+/* Discards CNT cases from the front of B's window. */
+static void
+shim_advance (struct casereader *reader UNUSED, void *b_, casenumber case_cnt)
+{
+  struct shim *b = b_;
+  casewindow_pop_tail (b->window, case_cnt);
+}
+
+/* Class for the buffered reader. */
+static struct casereader_random_class shim_class = 
+  {
+    shim_read,
+    shim_destroy,
+    shim_advance,
+  };