Linux 6.13-rc4
[linux.git] / rust / kernel / rbtree.rs
blobcb4415a1225825cfcc97d209365e82d798e053be
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
3 //! Red-black trees.
4 //!
5 //! C header: [`include/linux/rbtree.h`](srctree/include/linux/rbtree.h)
6 //!
7 //! Reference: <https://docs.kernel.org/core-api/rbtree.html>
9 use crate::{alloc::Flags, bindings, container_of, error::Result, prelude::*};
10 use core::{
11     cmp::{Ord, Ordering},
12     marker::PhantomData,
13     mem::MaybeUninit,
14     ptr::{addr_of_mut, from_mut, NonNull},
17 /// A red-black tree with owned nodes.
18 ///
19 /// It is backed by the kernel C red-black trees.
20 ///
21 /// # Examples
22 ///
23 /// In the example below we do several operations on a tree. We note that insertions may fail if
24 /// the system is out of memory.
25 ///
26 /// ```
27 /// use kernel::{alloc::flags, rbtree::{RBTree, RBTreeNode, RBTreeNodeReservation}};
28 ///
29 /// // Create a new tree.
30 /// let mut tree = RBTree::new();
31 ///
32 /// // Insert three elements.
33 /// tree.try_create_and_insert(20, 200, flags::GFP_KERNEL)?;
34 /// tree.try_create_and_insert(10, 100, flags::GFP_KERNEL)?;
35 /// tree.try_create_and_insert(30, 300, flags::GFP_KERNEL)?;
36 ///
37 /// // Check the nodes we just inserted.
38 /// {
39 ///     assert_eq!(tree.get(&10).unwrap(), &100);
40 ///     assert_eq!(tree.get(&20).unwrap(), &200);
41 ///     assert_eq!(tree.get(&30).unwrap(), &300);
42 /// }
43 ///
44 /// // Iterate over the nodes we just inserted.
45 /// {
46 ///     let mut iter = tree.iter();
47 ///     assert_eq!(iter.next().unwrap(), (&10, &100));
48 ///     assert_eq!(iter.next().unwrap(), (&20, &200));
49 ///     assert_eq!(iter.next().unwrap(), (&30, &300));
50 ///     assert!(iter.next().is_none());
51 /// }
52 ///
53 /// // Print all elements.
54 /// for (key, value) in &tree {
55 ///     pr_info!("{} = {}\n", key, value);
56 /// }
57 ///
58 /// // Replace one of the elements.
59 /// tree.try_create_and_insert(10, 1000, flags::GFP_KERNEL)?;
60 ///
61 /// // Check that the tree reflects the replacement.
62 /// {
63 ///     let mut iter = tree.iter();
64 ///     assert_eq!(iter.next().unwrap(), (&10, &1000));
65 ///     assert_eq!(iter.next().unwrap(), (&20, &200));
66 ///     assert_eq!(iter.next().unwrap(), (&30, &300));
67 ///     assert!(iter.next().is_none());
68 /// }
69 ///
70 /// // Change the value of one of the elements.
71 /// *tree.get_mut(&30).unwrap() = 3000;
72 ///
73 /// // Check that the tree reflects the update.
74 /// {
75 ///     let mut iter = tree.iter();
76 ///     assert_eq!(iter.next().unwrap(), (&10, &1000));
77 ///     assert_eq!(iter.next().unwrap(), (&20, &200));
78 ///     assert_eq!(iter.next().unwrap(), (&30, &3000));
79 ///     assert!(iter.next().is_none());
80 /// }
81 ///
82 /// // Remove an element.
83 /// tree.remove(&10);
84 ///
85 /// // Check that the tree reflects the removal.
86 /// {
87 ///     let mut iter = tree.iter();
88 ///     assert_eq!(iter.next().unwrap(), (&20, &200));
89 ///     assert_eq!(iter.next().unwrap(), (&30, &3000));
90 ///     assert!(iter.next().is_none());
91 /// }
92 ///
93 /// # Ok::<(), Error>(())
94 /// ```
95 ///
96 /// In the example below, we first allocate a node, acquire a spinlock, then insert the node into
97 /// the tree. This is useful when the insertion context does not allow sleeping, for example, when
98 /// holding a spinlock.
99 ///
100 /// ```
101 /// use kernel::{alloc::flags, rbtree::{RBTree, RBTreeNode}, sync::SpinLock};
103 /// fn insert_test(tree: &SpinLock<RBTree<u32, u32>>) -> Result {
104 ///     // Pre-allocate node. This may fail (as it allocates memory).
105 ///     let node = RBTreeNode::new(10, 100, flags::GFP_KERNEL)?;
107 ///     // Insert node while holding the lock. It is guaranteed to succeed with no allocation
108 ///     // attempts.
109 ///     let mut guard = tree.lock();
110 ///     guard.insert(node);
111 ///     Ok(())
112 /// }
113 /// ```
115 /// In the example below, we reuse an existing node allocation from an element we removed.
117 /// ```
118 /// use kernel::{alloc::flags, rbtree::{RBTree, RBTreeNodeReservation}};
120 /// // Create a new tree.
121 /// let mut tree = RBTree::new();
123 /// // Insert three elements.
124 /// tree.try_create_and_insert(20, 200, flags::GFP_KERNEL)?;
125 /// tree.try_create_and_insert(10, 100, flags::GFP_KERNEL)?;
126 /// tree.try_create_and_insert(30, 300, flags::GFP_KERNEL)?;
128 /// // Check the nodes we just inserted.
129 /// {
130 ///     let mut iter = tree.iter();
131 ///     assert_eq!(iter.next().unwrap(), (&10, &100));
132 ///     assert_eq!(iter.next().unwrap(), (&20, &200));
133 ///     assert_eq!(iter.next().unwrap(), (&30, &300));
134 ///     assert!(iter.next().is_none());
135 /// }
137 /// // Remove a node, getting back ownership of it.
138 /// let existing = tree.remove(&30).unwrap();
140 /// // Check that the tree reflects the removal.
141 /// {
142 ///     let mut iter = tree.iter();
143 ///     assert_eq!(iter.next().unwrap(), (&10, &100));
144 ///     assert_eq!(iter.next().unwrap(), (&20, &200));
145 ///     assert!(iter.next().is_none());
146 /// }
148 /// // Create a preallocated reservation that we can re-use later.
149 /// let reservation = RBTreeNodeReservation::new(flags::GFP_KERNEL)?;
151 /// // Insert a new node into the tree, reusing the previous allocation. This is guaranteed to
152 /// // succeed (no memory allocations).
153 /// tree.insert(reservation.into_node(15, 150));
155 /// // Check that the tree reflect the new insertion.
156 /// {
157 ///     let mut iter = tree.iter();
158 ///     assert_eq!(iter.next().unwrap(), (&10, &100));
159 ///     assert_eq!(iter.next().unwrap(), (&15, &150));
160 ///     assert_eq!(iter.next().unwrap(), (&20, &200));
161 ///     assert!(iter.next().is_none());
162 /// }
164 /// # Ok::<(), Error>(())
165 /// ```
167 /// # Invariants
169 /// Non-null parent/children pointers stored in instances of the `rb_node` C struct are always
170 /// valid, and pointing to a field of our internal representation of a node.
171 pub struct RBTree<K, V> {
172     root: bindings::rb_root,
173     _p: PhantomData<Node<K, V>>,
176 // SAFETY: An [`RBTree`] allows the same kinds of access to its values that a struct allows to its
177 // fields, so we use the same Send condition as would be used for a struct with K and V fields.
178 unsafe impl<K: Send, V: Send> Send for RBTree<K, V> {}
180 // SAFETY: An [`RBTree`] allows the same kinds of access to its values that a struct allows to its
181 // fields, so we use the same Sync condition as would be used for a struct with K and V fields.
182 unsafe impl<K: Sync, V: Sync> Sync for RBTree<K, V> {}
184 impl<K, V> RBTree<K, V> {
185     /// Creates a new and empty tree.
186     pub fn new() -> Self {
187         Self {
188             // INVARIANT: There are no nodes in the tree, so the invariant holds vacuously.
189             root: bindings::rb_root::default(),
190             _p: PhantomData,
191         }
192     }
194     /// Returns an iterator over the tree nodes, sorted by key.
195     pub fn iter(&self) -> Iter<'_, K, V> {
196         Iter {
197             _tree: PhantomData,
198             // INVARIANT:
199             //   - `self.root` is a valid pointer to a tree root.
200             //   - `bindings::rb_first` produces a valid pointer to a node given `root` is valid.
201             iter_raw: IterRaw {
202                 // SAFETY: by the invariants, all pointers are valid.
203                 next: unsafe { bindings::rb_first(&self.root) },
204                 _phantom: PhantomData,
205             },
206         }
207     }
209     /// Returns a mutable iterator over the tree nodes, sorted by key.
210     pub fn iter_mut(&mut self) -> IterMut<'_, K, V> {
211         IterMut {
212             _tree: PhantomData,
213             // INVARIANT:
214             //   - `self.root` is a valid pointer to a tree root.
215             //   - `bindings::rb_first` produces a valid pointer to a node given `root` is valid.
216             iter_raw: IterRaw {
217                 // SAFETY: by the invariants, all pointers are valid.
218                 next: unsafe { bindings::rb_first(from_mut(&mut self.root)) },
219                 _phantom: PhantomData,
220             },
221         }
222     }
224     /// Returns an iterator over the keys of the nodes in the tree, in sorted order.
225     pub fn keys(&self) -> impl Iterator<Item = &'_ K> {
226         self.iter().map(|(k, _)| k)
227     }
229     /// Returns an iterator over the values of the nodes in the tree, sorted by key.
230     pub fn values(&self) -> impl Iterator<Item = &'_ V> {
231         self.iter().map(|(_, v)| v)
232     }
234     /// Returns a mutable iterator over the values of the nodes in the tree, sorted by key.
235     pub fn values_mut(&mut self) -> impl Iterator<Item = &'_ mut V> {
236         self.iter_mut().map(|(_, v)| v)
237     }
239     /// Returns a cursor over the tree nodes, starting with the smallest key.
240     pub fn cursor_front(&mut self) -> Option<Cursor<'_, K, V>> {
241         let root = addr_of_mut!(self.root);
242         // SAFETY: `self.root` is always a valid root node
243         let current = unsafe { bindings::rb_first(root) };
244         NonNull::new(current).map(|current| {
245             // INVARIANT:
246             // - `current` is a valid node in the [`RBTree`] pointed to by `self`.
247             Cursor {
248                 current,
249                 tree: self,
250             }
251         })
252     }
254     /// Returns a cursor over the tree nodes, starting with the largest key.
255     pub fn cursor_back(&mut self) -> Option<Cursor<'_, K, V>> {
256         let root = addr_of_mut!(self.root);
257         // SAFETY: `self.root` is always a valid root node
258         let current = unsafe { bindings::rb_last(root) };
259         NonNull::new(current).map(|current| {
260             // INVARIANT:
261             // - `current` is a valid node in the [`RBTree`] pointed to by `self`.
262             Cursor {
263                 current,
264                 tree: self,
265             }
266         })
267     }
270 impl<K, V> RBTree<K, V>
271 where
272     K: Ord,
274     /// Tries to insert a new value into the tree.
275     ///
276     /// It overwrites a node if one already exists with the same key and returns it (containing the
277     /// key/value pair). Returns [`None`] if a node with the same key didn't already exist.
278     ///
279     /// Returns an error if it cannot allocate memory for the new node.
280     pub fn try_create_and_insert(
281         &mut self,
282         key: K,
283         value: V,
284         flags: Flags,
285     ) -> Result<Option<RBTreeNode<K, V>>> {
286         Ok(self.insert(RBTreeNode::new(key, value, flags)?))
287     }
289     /// Inserts a new node into the tree.
290     ///
291     /// It overwrites a node if one already exists with the same key and returns it (containing the
292     /// key/value pair). Returns [`None`] if a node with the same key didn't already exist.
293     ///
294     /// This function always succeeds.
295     pub fn insert(&mut self, node: RBTreeNode<K, V>) -> Option<RBTreeNode<K, V>> {
296         match self.raw_entry(&node.node.key) {
297             RawEntry::Occupied(entry) => Some(entry.replace(node)),
298             RawEntry::Vacant(entry) => {
299                 entry.insert(node);
300                 None
301             }
302         }
303     }
305     fn raw_entry(&mut self, key: &K) -> RawEntry<'_, K, V> {
306         let raw_self: *mut RBTree<K, V> = self;
307         // The returned `RawEntry` is used to call either `rb_link_node` or `rb_replace_node`.
308         // The parameters of `bindings::rb_link_node` are as follows:
309         // - `node`: A pointer to an uninitialized node being inserted.
310         // - `parent`: A pointer to an existing node in the tree. One of its child pointers must be
311         //          null, and `node` will become a child of `parent` by replacing that child pointer
312         //          with a pointer to `node`.
313         // - `rb_link`: A pointer to either the left-child or right-child field of `parent`. This
314         //          specifies which child of `parent` should hold `node` after this call. The
315         //          value of `*rb_link` must be null before the call to `rb_link_node`. If the
316         //          red/black tree is empty, then it’s also possible for `parent` to be null. In
317         //          this case, `rb_link` is a pointer to the `root` field of the red/black tree.
318         //
319         // We will traverse the tree looking for a node that has a null pointer as its child,
320         // representing an empty subtree where we can insert our new node. We need to make sure
321         // that we preserve the ordering of the nodes in the tree. In each iteration of the loop
322         // we store `parent` and `child_field_of_parent`, and the new `node` will go somewhere
323         // in the subtree of `parent` that `child_field_of_parent` points at. Once
324         // we find an empty subtree, we can insert the new node using `rb_link_node`.
325         let mut parent = core::ptr::null_mut();
326         let mut child_field_of_parent: &mut *mut bindings::rb_node =
327             // SAFETY: `raw_self` is a valid pointer to the `RBTree` (created from `self` above).
328             unsafe { &mut (*raw_self).root.rb_node };
329         while !(*child_field_of_parent).is_null() {
330             let curr = *child_field_of_parent;
331             // SAFETY: All links fields we create are in a `Node<K, V>`.
332             let node = unsafe { container_of!(curr, Node<K, V>, links) };
334             // SAFETY: `node` is a non-null node so it is valid by the type invariants.
335             match key.cmp(unsafe { &(*node).key }) {
336                 // SAFETY: `curr` is a non-null node so it is valid by the type invariants.
337                 Ordering::Less => child_field_of_parent = unsafe { &mut (*curr).rb_left },
338                 // SAFETY: `curr` is a non-null node so it is valid by the type invariants.
339                 Ordering::Greater => child_field_of_parent = unsafe { &mut (*curr).rb_right },
340                 Ordering::Equal => {
341                     return RawEntry::Occupied(OccupiedEntry {
342                         rbtree: self,
343                         node_links: curr,
344                     })
345                 }
346             }
347             parent = curr;
348         }
350         RawEntry::Vacant(RawVacantEntry {
351             rbtree: raw_self,
352             parent,
353             child_field_of_parent,
354             _phantom: PhantomData,
355         })
356     }
358     /// Gets the given key's corresponding entry in the map for in-place manipulation.
359     pub fn entry(&mut self, key: K) -> Entry<'_, K, V> {
360         match self.raw_entry(&key) {
361             RawEntry::Occupied(entry) => Entry::Occupied(entry),
362             RawEntry::Vacant(entry) => Entry::Vacant(VacantEntry { raw: entry, key }),
363         }
364     }
366     /// Used for accessing the given node, if it exists.
367     pub fn find_mut(&mut self, key: &K) -> Option<OccupiedEntry<'_, K, V>> {
368         match self.raw_entry(key) {
369             RawEntry::Occupied(entry) => Some(entry),
370             RawEntry::Vacant(_entry) => None,
371         }
372     }
374     /// Returns a reference to the value corresponding to the key.
375     pub fn get(&self, key: &K) -> Option<&V> {
376         let mut node = self.root.rb_node;
377         while !node.is_null() {
378             // SAFETY: By the type invariant of `Self`, all non-null `rb_node` pointers stored in `self`
379             // point to the links field of `Node<K, V>` objects.
380             let this = unsafe { container_of!(node, Node<K, V>, links) };
381             // SAFETY: `this` is a non-null node so it is valid by the type invariants.
382             node = match key.cmp(unsafe { &(*this).key }) {
383                 // SAFETY: `node` is a non-null node so it is valid by the type invariants.
384                 Ordering::Less => unsafe { (*node).rb_left },
385                 // SAFETY: `node` is a non-null node so it is valid by the type invariants.
386                 Ordering::Greater => unsafe { (*node).rb_right },
387                 // SAFETY: `node` is a non-null node so it is valid by the type invariants.
388                 Ordering::Equal => return Some(unsafe { &(*this).value }),
389             }
390         }
391         None
392     }
394     /// Returns a mutable reference to the value corresponding to the key.
395     pub fn get_mut(&mut self, key: &K) -> Option<&mut V> {
396         self.find_mut(key).map(|node| node.into_mut())
397     }
399     /// Removes the node with the given key from the tree.
400     ///
401     /// It returns the node that was removed if one exists, or [`None`] otherwise.
402     pub fn remove_node(&mut self, key: &K) -> Option<RBTreeNode<K, V>> {
403         self.find_mut(key).map(OccupiedEntry::remove_node)
404     }
406     /// Removes the node with the given key from the tree.
407     ///
408     /// It returns the value that was removed if one exists, or [`None`] otherwise.
409     pub fn remove(&mut self, key: &K) -> Option<V> {
410         self.find_mut(key).map(OccupiedEntry::remove)
411     }
413     /// Returns a cursor over the tree nodes based on the given key.
414     ///
415     /// If the given key exists, the cursor starts there.
416     /// Otherwise it starts with the first larger key in sort order.
417     /// If there is no larger key, it returns [`None`].
418     pub fn cursor_lower_bound(&mut self, key: &K) -> Option<Cursor<'_, K, V>>
419     where
420         K: Ord,
421     {
422         let mut node = self.root.rb_node;
423         let mut best_match: Option<NonNull<Node<K, V>>> = None;
424         while !node.is_null() {
425             // SAFETY: By the type invariant of `Self`, all non-null `rb_node` pointers stored in `self`
426             // point to the links field of `Node<K, V>` objects.
427             let this = unsafe { container_of!(node, Node<K, V>, links) }.cast_mut();
428             // SAFETY: `this` is a non-null node so it is valid by the type invariants.
429             let this_key = unsafe { &(*this).key };
430             // SAFETY: `node` is a non-null node so it is valid by the type invariants.
431             let left_child = unsafe { (*node).rb_left };
432             // SAFETY: `node` is a non-null node so it is valid by the type invariants.
433             let right_child = unsafe { (*node).rb_right };
434             match key.cmp(this_key) {
435                 Ordering::Equal => {
436                     best_match = NonNull::new(this);
437                     break;
438                 }
439                 Ordering::Greater => {
440                     node = right_child;
441                 }
442                 Ordering::Less => {
443                     let is_better_match = match best_match {
444                         None => true,
445                         Some(best) => {
446                             // SAFETY: `best` is a non-null node so it is valid by the type invariants.
447                             let best_key = unsafe { &(*best.as_ptr()).key };
448                             best_key > this_key
449                         }
450                     };
451                     if is_better_match {
452                         best_match = NonNull::new(this);
453                     }
454                     node = left_child;
455                 }
456             };
457         }
459         let best = best_match?;
461         // SAFETY: `best` is a non-null node so it is valid by the type invariants.
462         let links = unsafe { addr_of_mut!((*best.as_ptr()).links) };
464         NonNull::new(links).map(|current| {
465             // INVARIANT:
466             // - `current` is a valid node in the [`RBTree`] pointed to by `self`.
467             Cursor {
468                 current,
469                 tree: self,
470             }
471         })
472     }
475 impl<K, V> Default for RBTree<K, V> {
476     fn default() -> Self {
477         Self::new()
478     }
481 impl<K, V> Drop for RBTree<K, V> {
482     fn drop(&mut self) {
483         // SAFETY: `root` is valid as it's embedded in `self` and we have a valid `self`.
484         let mut next = unsafe { bindings::rb_first_postorder(&self.root) };
486         // INVARIANT: The loop invariant is that all tree nodes from `next` in postorder are valid.
487         while !next.is_null() {
488             // SAFETY: All links fields we create are in a `Node<K, V>`.
489             let this = unsafe { container_of!(next, Node<K, V>, links) };
491             // Find out what the next node is before disposing of the current one.
492             // SAFETY: `next` and all nodes in postorder are still valid.
493             next = unsafe { bindings::rb_next_postorder(next) };
495             // INVARIANT: This is the destructor, so we break the type invariant during clean-up,
496             // but it is not observable. The loop invariant is still maintained.
498             // SAFETY: `this` is valid per the loop invariant.
499             unsafe { drop(KBox::from_raw(this.cast_mut())) };
500         }
501     }
504 /// A bidirectional cursor over the tree nodes, sorted by key.
506 /// # Examples
508 /// In the following example, we obtain a cursor to the first element in the tree.
509 /// The cursor allows us to iterate bidirectionally over key/value pairs in the tree.
511 /// ```
512 /// use kernel::{alloc::flags, rbtree::RBTree};
514 /// // Create a new tree.
515 /// let mut tree = RBTree::new();
517 /// // Insert three elements.
518 /// tree.try_create_and_insert(10, 100, flags::GFP_KERNEL)?;
519 /// tree.try_create_and_insert(20, 200, flags::GFP_KERNEL)?;
520 /// tree.try_create_and_insert(30, 300, flags::GFP_KERNEL)?;
522 /// // Get a cursor to the first element.
523 /// let mut cursor = tree.cursor_front().unwrap();
524 /// let mut current = cursor.current();
525 /// assert_eq!(current, (&10, &100));
527 /// // Move the cursor, updating it to the 2nd element.
528 /// cursor = cursor.move_next().unwrap();
529 /// current = cursor.current();
530 /// assert_eq!(current, (&20, &200));
532 /// // Peek at the next element without impacting the cursor.
533 /// let next = cursor.peek_next().unwrap();
534 /// assert_eq!(next, (&30, &300));
535 /// current = cursor.current();
536 /// assert_eq!(current, (&20, &200));
538 /// // Moving past the last element causes the cursor to return [`None`].
539 /// cursor = cursor.move_next().unwrap();
540 /// current = cursor.current();
541 /// assert_eq!(current, (&30, &300));
542 /// let cursor = cursor.move_next();
543 /// assert!(cursor.is_none());
545 /// # Ok::<(), Error>(())
546 /// ```
548 /// A cursor can also be obtained at the last element in the tree.
550 /// ```
551 /// use kernel::{alloc::flags, rbtree::RBTree};
553 /// // Create a new tree.
554 /// let mut tree = RBTree::new();
556 /// // Insert three elements.
557 /// tree.try_create_and_insert(10, 100, flags::GFP_KERNEL)?;
558 /// tree.try_create_and_insert(20, 200, flags::GFP_KERNEL)?;
559 /// tree.try_create_and_insert(30, 300, flags::GFP_KERNEL)?;
561 /// let mut cursor = tree.cursor_back().unwrap();
562 /// let current = cursor.current();
563 /// assert_eq!(current, (&30, &300));
565 /// # Ok::<(), Error>(())
566 /// ```
568 /// Obtaining a cursor returns [`None`] if the tree is empty.
570 /// ```
571 /// use kernel::rbtree::RBTree;
573 /// let mut tree: RBTree<u16, u16> = RBTree::new();
574 /// assert!(tree.cursor_front().is_none());
576 /// # Ok::<(), Error>(())
577 /// ```
579 /// [`RBTree::cursor_lower_bound`] can be used to start at an arbitrary node in the tree.
581 /// ```
582 /// use kernel::{alloc::flags, rbtree::RBTree};
584 /// // Create a new tree.
585 /// let mut tree = RBTree::new();
587 /// // Insert five elements.
588 /// tree.try_create_and_insert(10, 100, flags::GFP_KERNEL)?;
589 /// tree.try_create_and_insert(20, 200, flags::GFP_KERNEL)?;
590 /// tree.try_create_and_insert(30, 300, flags::GFP_KERNEL)?;
591 /// tree.try_create_and_insert(40, 400, flags::GFP_KERNEL)?;
592 /// tree.try_create_and_insert(50, 500, flags::GFP_KERNEL)?;
594 /// // If the provided key exists, a cursor to that key is returned.
595 /// let cursor = tree.cursor_lower_bound(&20).unwrap();
596 /// let current = cursor.current();
597 /// assert_eq!(current, (&20, &200));
599 /// // If the provided key doesn't exist, a cursor to the first larger element in sort order is returned.
600 /// let cursor = tree.cursor_lower_bound(&25).unwrap();
601 /// let current = cursor.current();
602 /// assert_eq!(current, (&30, &300));
604 /// // If there is no larger key, [`None`] is returned.
605 /// let cursor = tree.cursor_lower_bound(&55);
606 /// assert!(cursor.is_none());
608 /// # Ok::<(), Error>(())
609 /// ```
611 /// The cursor allows mutation of values in the tree.
613 /// ```
614 /// use kernel::{alloc::flags, rbtree::RBTree};
616 /// // Create a new tree.
617 /// let mut tree = RBTree::new();
619 /// // Insert three elements.
620 /// tree.try_create_and_insert(10, 100, flags::GFP_KERNEL)?;
621 /// tree.try_create_and_insert(20, 200, flags::GFP_KERNEL)?;
622 /// tree.try_create_and_insert(30, 300, flags::GFP_KERNEL)?;
624 /// // Retrieve a cursor.
625 /// let mut cursor = tree.cursor_front().unwrap();
627 /// // Get a mutable reference to the current value.
628 /// let (k, v) = cursor.current_mut();
629 /// *v = 1000;
631 /// // The updated value is reflected in the tree.
632 /// let updated = tree.get(&10).unwrap();
633 /// assert_eq!(updated, &1000);
635 /// # Ok::<(), Error>(())
636 /// ```
638 /// It also allows node removal. The following examples demonstrate the behavior of removing the current node.
640 /// ```
641 /// use kernel::{alloc::flags, rbtree::RBTree};
643 /// // Create a new tree.
644 /// let mut tree = RBTree::new();
646 /// // Insert three elements.
647 /// tree.try_create_and_insert(10, 100, flags::GFP_KERNEL)?;
648 /// tree.try_create_and_insert(20, 200, flags::GFP_KERNEL)?;
649 /// tree.try_create_and_insert(30, 300, flags::GFP_KERNEL)?;
651 /// // Remove the first element.
652 /// let mut cursor = tree.cursor_front().unwrap();
653 /// let mut current = cursor.current();
654 /// assert_eq!(current, (&10, &100));
655 /// cursor = cursor.remove_current().0.unwrap();
657 /// // If a node exists after the current element, it is returned.
658 /// current = cursor.current();
659 /// assert_eq!(current, (&20, &200));
661 /// // Get a cursor to the last element, and remove it.
662 /// cursor = tree.cursor_back().unwrap();
663 /// current = cursor.current();
664 /// assert_eq!(current, (&30, &300));
666 /// // Since there is no next node, the previous node is returned.
667 /// cursor = cursor.remove_current().0.unwrap();
668 /// current = cursor.current();
669 /// assert_eq!(current, (&20, &200));
671 /// // Removing the last element in the tree returns [`None`].
672 /// assert!(cursor.remove_current().0.is_none());
674 /// # Ok::<(), Error>(())
675 /// ```
677 /// Nodes adjacent to the current node can also be removed.
679 /// ```
680 /// use kernel::{alloc::flags, rbtree::RBTree};
682 /// // Create a new tree.
683 /// let mut tree = RBTree::new();
685 /// // Insert three elements.
686 /// tree.try_create_and_insert(10, 100, flags::GFP_KERNEL)?;
687 /// tree.try_create_and_insert(20, 200, flags::GFP_KERNEL)?;
688 /// tree.try_create_and_insert(30, 300, flags::GFP_KERNEL)?;
690 /// // Get a cursor to the first element.
691 /// let mut cursor = tree.cursor_front().unwrap();
692 /// let mut current = cursor.current();
693 /// assert_eq!(current, (&10, &100));
695 /// // Calling `remove_prev` from the first element returns [`None`].
696 /// assert!(cursor.remove_prev().is_none());
698 /// // Get a cursor to the last element.
699 /// cursor = tree.cursor_back().unwrap();
700 /// current = cursor.current();
701 /// assert_eq!(current, (&30, &300));
703 /// // Calling `remove_prev` removes and returns the middle element.
704 /// assert_eq!(cursor.remove_prev().unwrap().to_key_value(), (20, 200));
706 /// // Calling `remove_next` from the last element returns [`None`].
707 /// assert!(cursor.remove_next().is_none());
709 /// // Move to the first element
710 /// cursor = cursor.move_prev().unwrap();
711 /// current = cursor.current();
712 /// assert_eq!(current, (&10, &100));
714 /// // Calling `remove_next` removes and returns the last element.
715 /// assert_eq!(cursor.remove_next().unwrap().to_key_value(), (30, 300));
717 /// # Ok::<(), Error>(())
719 /// ```
721 /// # Invariants
722 /// - `current` points to a node that is in the same [`RBTree`] as `tree`.
723 pub struct Cursor<'a, K, V> {
724     tree: &'a mut RBTree<K, V>,
725     current: NonNull<bindings::rb_node>,
728 // SAFETY: The [`Cursor`] has exclusive access to both `K` and `V`, so it is sufficient to require them to be `Send`.
729 // The cursor only gives out immutable references to the keys, but since it has excusive access to those same
730 // keys, `Send` is sufficient. `Sync` would be okay, but it is more restrictive to the user.
731 unsafe impl<'a, K: Send, V: Send> Send for Cursor<'a, K, V> {}
733 // SAFETY: The [`Cursor`] gives out immutable references to K and mutable references to V,
734 // so it has the same thread safety requirements as mutable references.
735 unsafe impl<'a, K: Sync, V: Sync> Sync for Cursor<'a, K, V> {}
737 impl<'a, K, V> Cursor<'a, K, V> {
738     /// The current node
739     pub fn current(&self) -> (&K, &V) {
740         // SAFETY:
741         // - `self.current` is a valid node by the type invariants.
742         // - We have an immutable reference by the function signature.
743         unsafe { Self::to_key_value(self.current) }
744     }
746     /// The current node, with a mutable value
747     pub fn current_mut(&mut self) -> (&K, &mut V) {
748         // SAFETY:
749         // - `self.current` is a valid node by the type invariants.
750         // - We have an mutable reference by the function signature.
751         unsafe { Self::to_key_value_mut(self.current) }
752     }
754     /// Remove the current node from the tree.
755     ///
756     /// Returns a tuple where the first element is a cursor to the next node, if it exists,
757     /// else the previous node, else [`None`] (if the tree becomes empty). The second element
758     /// is the removed node.
759     pub fn remove_current(self) -> (Option<Self>, RBTreeNode<K, V>) {
760         let prev = self.get_neighbor_raw(Direction::Prev);
761         let next = self.get_neighbor_raw(Direction::Next);
762         // SAFETY: By the type invariant of `Self`, all non-null `rb_node` pointers stored in `self`
763         // point to the links field of `Node<K, V>` objects.
764         let this = unsafe { container_of!(self.current.as_ptr(), Node<K, V>, links) }.cast_mut();
765         // SAFETY: `this` is valid by the type invariants as described above.
766         let node = unsafe { KBox::from_raw(this) };
767         let node = RBTreeNode { node };
768         // SAFETY: The reference to the tree used to create the cursor outlives the cursor, so
769         // the tree cannot change. By the tree invariant, all nodes are valid.
770         unsafe { bindings::rb_erase(&mut (*this).links, addr_of_mut!(self.tree.root)) };
772         let current = match (prev, next) {
773             (_, Some(next)) => next,
774             (Some(prev), None) => prev,
775             (None, None) => {
776                 return (None, node);
777             }
778         };
780         (
781             // INVARIANT:
782             // - `current` is a valid node in the [`RBTree`] pointed to by `self.tree`.
783             Some(Self {
784                 current,
785                 tree: self.tree,
786             }),
787             node,
788         )
789     }
791     /// Remove the previous node, returning it if it exists.
792     pub fn remove_prev(&mut self) -> Option<RBTreeNode<K, V>> {
793         self.remove_neighbor(Direction::Prev)
794     }
796     /// Remove the next node, returning it if it exists.
797     pub fn remove_next(&mut self) -> Option<RBTreeNode<K, V>> {
798         self.remove_neighbor(Direction::Next)
799     }
801     fn remove_neighbor(&mut self, direction: Direction) -> Option<RBTreeNode<K, V>> {
802         if let Some(neighbor) = self.get_neighbor_raw(direction) {
803             let neighbor = neighbor.as_ptr();
804             // SAFETY: The reference to the tree used to create the cursor outlives the cursor, so
805             // the tree cannot change. By the tree invariant, all nodes are valid.
806             unsafe { bindings::rb_erase(neighbor, addr_of_mut!(self.tree.root)) };
807             // SAFETY: By the type invariant of `Self`, all non-null `rb_node` pointers stored in `self`
808             // point to the links field of `Node<K, V>` objects.
809             let this = unsafe { container_of!(neighbor, Node<K, V>, links) }.cast_mut();
810             // SAFETY: `this` is valid by the type invariants as described above.
811             let node = unsafe { KBox::from_raw(this) };
812             return Some(RBTreeNode { node });
813         }
814         None
815     }
817     /// Move the cursor to the previous node, returning [`None`] if it doesn't exist.
818     pub fn move_prev(self) -> Option<Self> {
819         self.mv(Direction::Prev)
820     }
822     /// Move the cursor to the next node, returning [`None`] if it doesn't exist.
823     pub fn move_next(self) -> Option<Self> {
824         self.mv(Direction::Next)
825     }
827     fn mv(self, direction: Direction) -> Option<Self> {
828         // INVARIANT:
829         // - `neighbor` is a valid node in the [`RBTree`] pointed to by `self.tree`.
830         self.get_neighbor_raw(direction).map(|neighbor| Self {
831             tree: self.tree,
832             current: neighbor,
833         })
834     }
836     /// Access the previous node without moving the cursor.
837     pub fn peek_prev(&self) -> Option<(&K, &V)> {
838         self.peek(Direction::Prev)
839     }
841     /// Access the previous node without moving the cursor.
842     pub fn peek_next(&self) -> Option<(&K, &V)> {
843         self.peek(Direction::Next)
844     }
846     fn peek(&self, direction: Direction) -> Option<(&K, &V)> {
847         self.get_neighbor_raw(direction).map(|neighbor| {
848             // SAFETY:
849             // - `neighbor` is a valid tree node.
850             // - By the function signature, we have an immutable reference to `self`.
851             unsafe { Self::to_key_value(neighbor) }
852         })
853     }
855     /// Access the previous node mutably without moving the cursor.
856     pub fn peek_prev_mut(&mut self) -> Option<(&K, &mut V)> {
857         self.peek_mut(Direction::Prev)
858     }
860     /// Access the next node mutably without moving the cursor.
861     pub fn peek_next_mut(&mut self) -> Option<(&K, &mut V)> {
862         self.peek_mut(Direction::Next)
863     }
865     fn peek_mut(&mut self, direction: Direction) -> Option<(&K, &mut V)> {
866         self.get_neighbor_raw(direction).map(|neighbor| {
867             // SAFETY:
868             // - `neighbor` is a valid tree node.
869             // - By the function signature, we have a mutable reference to `self`.
870             unsafe { Self::to_key_value_mut(neighbor) }
871         })
872     }
874     fn get_neighbor_raw(&self, direction: Direction) -> Option<NonNull<bindings::rb_node>> {
875         // SAFETY: `self.current` is valid by the type invariants.
876         let neighbor = unsafe {
877             match direction {
878                 Direction::Prev => bindings::rb_prev(self.current.as_ptr()),
879                 Direction::Next => bindings::rb_next(self.current.as_ptr()),
880             }
881         };
883         NonNull::new(neighbor)
884     }
886     /// # Safety
887     ///
888     /// - `node` must be a valid pointer to a node in an [`RBTree`].
889     /// - The caller has immutable access to `node` for the duration of 'b.
890     unsafe fn to_key_value<'b>(node: NonNull<bindings::rb_node>) -> (&'b K, &'b V) {
891         // SAFETY: the caller guarantees that `node` is a valid pointer in an `RBTree`.
892         let (k, v) = unsafe { Self::to_key_value_raw(node) };
893         // SAFETY: the caller guarantees immutable access to `node`.
894         (k, unsafe { &*v })
895     }
897     /// # Safety
898     ///
899     /// - `node` must be a valid pointer to a node in an [`RBTree`].
900     /// - The caller has mutable access to `node` for the duration of 'b.
901     unsafe fn to_key_value_mut<'b>(node: NonNull<bindings::rb_node>) -> (&'b K, &'b mut V) {
902         // SAFETY: the caller guarantees that `node` is a valid pointer in an `RBTree`.
903         let (k, v) = unsafe { Self::to_key_value_raw(node) };
904         // SAFETY: the caller guarantees mutable access to `node`.
905         (k, unsafe { &mut *v })
906     }
908     /// # Safety
909     ///
910     /// - `node` must be a valid pointer to a node in an [`RBTree`].
911     /// - The caller has immutable access to the key for the duration of 'b.
912     unsafe fn to_key_value_raw<'b>(node: NonNull<bindings::rb_node>) -> (&'b K, *mut V) {
913         // SAFETY: By the type invariant of `Self`, all non-null `rb_node` pointers stored in `self`
914         // point to the links field of `Node<K, V>` objects.
915         let this = unsafe { container_of!(node.as_ptr(), Node<K, V>, links) }.cast_mut();
916         // SAFETY: The passed `node` is the current node or a non-null neighbor,
917         // thus `this` is valid by the type invariants.
918         let k = unsafe { &(*this).key };
919         // SAFETY: The passed `node` is the current node or a non-null neighbor,
920         // thus `this` is valid by the type invariants.
921         let v = unsafe { addr_of_mut!((*this).value) };
922         (k, v)
923     }
926 /// Direction for [`Cursor`] operations.
927 enum Direction {
928     /// the node immediately before, in sort order
929     Prev,
930     /// the node immediately after, in sort order
931     Next,
934 impl<'a, K, V> IntoIterator for &'a RBTree<K, V> {
935     type Item = (&'a K, &'a V);
936     type IntoIter = Iter<'a, K, V>;
938     fn into_iter(self) -> Self::IntoIter {
939         self.iter()
940     }
943 /// An iterator over the nodes of a [`RBTree`].
945 /// Instances are created by calling [`RBTree::iter`].
946 pub struct Iter<'a, K, V> {
947     _tree: PhantomData<&'a RBTree<K, V>>,
948     iter_raw: IterRaw<K, V>,
951 // SAFETY: The [`Iter`] gives out immutable references to K and V, so it has the same
952 // thread safety requirements as immutable references.
953 unsafe impl<'a, K: Sync, V: Sync> Send for Iter<'a, K, V> {}
955 // SAFETY: The [`Iter`] gives out immutable references to K and V, so it has the same
956 // thread safety requirements as immutable references.
957 unsafe impl<'a, K: Sync, V: Sync> Sync for Iter<'a, K, V> {}
959 impl<'a, K, V> Iterator for Iter<'a, K, V> {
960     type Item = (&'a K, &'a V);
962     fn next(&mut self) -> Option<Self::Item> {
963         // SAFETY: Due to `self._tree`, `k` and `v` are valid for the lifetime of `'a`.
964         self.iter_raw.next().map(|(k, v)| unsafe { (&*k, &*v) })
965     }
968 impl<'a, K, V> IntoIterator for &'a mut RBTree<K, V> {
969     type Item = (&'a K, &'a mut V);
970     type IntoIter = IterMut<'a, K, V>;
972     fn into_iter(self) -> Self::IntoIter {
973         self.iter_mut()
974     }
977 /// A mutable iterator over the nodes of a [`RBTree`].
979 /// Instances are created by calling [`RBTree::iter_mut`].
980 pub struct IterMut<'a, K, V> {
981     _tree: PhantomData<&'a mut RBTree<K, V>>,
982     iter_raw: IterRaw<K, V>,
985 // SAFETY: The [`IterMut`] has exclusive access to both `K` and `V`, so it is sufficient to require them to be `Send`.
986 // The iterator only gives out immutable references to the keys, but since the iterator has excusive access to those same
987 // keys, `Send` is sufficient. `Sync` would be okay, but it is more restrictive to the user.
988 unsafe impl<'a, K: Send, V: Send> Send for IterMut<'a, K, V> {}
990 // SAFETY: The [`IterMut`] gives out immutable references to K and mutable references to V, so it has the same
991 // thread safety requirements as mutable references.
992 unsafe impl<'a, K: Sync, V: Sync> Sync for IterMut<'a, K, V> {}
994 impl<'a, K, V> Iterator for IterMut<'a, K, V> {
995     type Item = (&'a K, &'a mut V);
997     fn next(&mut self) -> Option<Self::Item> {
998         self.iter_raw.next().map(|(k, v)|
999             // SAFETY: Due to `&mut self`, we have exclusive access to `k` and `v`, for the lifetime of `'a`.
1000             unsafe { (&*k, &mut *v) })
1001     }
1004 /// A raw iterator over the nodes of a [`RBTree`].
1006 /// # Invariants
1007 /// - `self.next` is a valid pointer.
1008 /// - `self.next` points to a node stored inside of a valid `RBTree`.
1009 struct IterRaw<K, V> {
1010     next: *mut bindings::rb_node,
1011     _phantom: PhantomData<fn() -> (K, V)>,
1014 impl<K, V> Iterator for IterRaw<K, V> {
1015     type Item = (*mut K, *mut V);
1017     fn next(&mut self) -> Option<Self::Item> {
1018         if self.next.is_null() {
1019             return None;
1020         }
1022         // SAFETY: By the type invariant of `IterRaw`, `self.next` is a valid node in an `RBTree`,
1023         // and by the type invariant of `RBTree`, all nodes point to the links field of `Node<K, V>` objects.
1024         let cur = unsafe { container_of!(self.next, Node<K, V>, links) }.cast_mut();
1026         // SAFETY: `self.next` is a valid tree node by the type invariants.
1027         self.next = unsafe { bindings::rb_next(self.next) };
1029         // SAFETY: By the same reasoning above, it is safe to dereference the node.
1030         Some(unsafe { (addr_of_mut!((*cur).key), addr_of_mut!((*cur).value)) })
1031     }
1034 /// A memory reservation for a red-black tree node.
1037 /// It contains the memory needed to hold a node that can be inserted into a red-black tree. One
1038 /// can be obtained by directly allocating it ([`RBTreeNodeReservation::new`]).
1039 pub struct RBTreeNodeReservation<K, V> {
1040     node: KBox<MaybeUninit<Node<K, V>>>,
1043 impl<K, V> RBTreeNodeReservation<K, V> {
1044     /// Allocates memory for a node to be eventually initialised and inserted into the tree via a
1045     /// call to [`RBTree::insert`].
1046     pub fn new(flags: Flags) -> Result<RBTreeNodeReservation<K, V>> {
1047         Ok(RBTreeNodeReservation {
1048             node: KBox::new_uninit(flags)?,
1049         })
1050     }
1053 // SAFETY: This doesn't actually contain K or V, and is just a memory allocation. Those can always
1054 // be moved across threads.
1055 unsafe impl<K, V> Send for RBTreeNodeReservation<K, V> {}
1057 // SAFETY: This doesn't actually contain K or V, and is just a memory allocation.
1058 unsafe impl<K, V> Sync for RBTreeNodeReservation<K, V> {}
1060 impl<K, V> RBTreeNodeReservation<K, V> {
1061     /// Initialises a node reservation.
1062     ///
1063     /// It then becomes an [`RBTreeNode`] that can be inserted into a tree.
1064     pub fn into_node(self, key: K, value: V) -> RBTreeNode<K, V> {
1065         let node = KBox::write(
1066             self.node,
1067             Node {
1068                 key,
1069                 value,
1070                 links: bindings::rb_node::default(),
1071             },
1072         );
1073         RBTreeNode { node }
1074     }
1077 /// A red-black tree node.
1079 /// The node is fully initialised (with key and value) and can be inserted into a tree without any
1080 /// extra allocations or failure paths.
1081 pub struct RBTreeNode<K, V> {
1082     node: KBox<Node<K, V>>,
1085 impl<K, V> RBTreeNode<K, V> {
1086     /// Allocates and initialises a node that can be inserted into the tree via
1087     /// [`RBTree::insert`].
1088     pub fn new(key: K, value: V, flags: Flags) -> Result<RBTreeNode<K, V>> {
1089         Ok(RBTreeNodeReservation::new(flags)?.into_node(key, value))
1090     }
1092     /// Get the key and value from inside the node.
1093     pub fn to_key_value(self) -> (K, V) {
1094         let node = KBox::into_inner(self.node);
1096         (node.key, node.value)
1097     }
1100 // SAFETY: If K and V can be sent across threads, then it's also okay to send [`RBTreeNode`] across
1101 // threads.
1102 unsafe impl<K: Send, V: Send> Send for RBTreeNode<K, V> {}
1104 // SAFETY: If K and V can be accessed without synchronization, then it's also okay to access
1105 // [`RBTreeNode`] without synchronization.
1106 unsafe impl<K: Sync, V: Sync> Sync for RBTreeNode<K, V> {}
1108 impl<K, V> RBTreeNode<K, V> {
1109     /// Drop the key and value, but keep the allocation.
1110     ///
1111     /// It then becomes a reservation that can be re-initialised into a different node (i.e., with
1112     /// a different key and/or value).
1113     ///
1114     /// The existing key and value are dropped in-place as part of this operation, that is, memory
1115     /// may be freed (but only for the key/value; memory for the node itself is kept for reuse).
1116     pub fn into_reservation(self) -> RBTreeNodeReservation<K, V> {
1117         RBTreeNodeReservation {
1118             node: KBox::drop_contents(self.node),
1119         }
1120     }
1123 /// A view into a single entry in a map, which may either be vacant or occupied.
1125 /// This enum is constructed from the [`RBTree::entry`].
1127 /// [`entry`]: fn@RBTree::entry
1128 pub enum Entry<'a, K, V> {
1129     /// This [`RBTree`] does not have a node with this key.
1130     Vacant(VacantEntry<'a, K, V>),
1131     /// This [`RBTree`] already has a node with this key.
1132     Occupied(OccupiedEntry<'a, K, V>),
1135 /// Like [`Entry`], except that it doesn't have ownership of the key.
1136 enum RawEntry<'a, K, V> {
1137     Vacant(RawVacantEntry<'a, K, V>),
1138     Occupied(OccupiedEntry<'a, K, V>),
1141 /// A view into a vacant entry in a [`RBTree`]. It is part of the [`Entry`] enum.
1142 pub struct VacantEntry<'a, K, V> {
1143     key: K,
1144     raw: RawVacantEntry<'a, K, V>,
1147 /// Like [`VacantEntry`], but doesn't hold on to the key.
1149 /// # Invariants
1150 /// - `parent` may be null if the new node becomes the root.
1151 /// - `child_field_of_parent` is a valid pointer to the left-child or right-child of `parent`. If `parent` is
1152 ///     null, it is a pointer to the root of the [`RBTree`].
1153 struct RawVacantEntry<'a, K, V> {
1154     rbtree: *mut RBTree<K, V>,
1155     /// The node that will become the parent of the new node if we insert one.
1156     parent: *mut bindings::rb_node,
1157     /// This points to the left-child or right-child field of `parent`, or `root` if `parent` is
1158     /// null.
1159     child_field_of_parent: *mut *mut bindings::rb_node,
1160     _phantom: PhantomData<&'a mut RBTree<K, V>>,
1163 impl<'a, K, V> RawVacantEntry<'a, K, V> {
1164     /// Inserts the given node into the [`RBTree`] at this entry.
1165     ///
1166     /// The `node` must have a key such that inserting it here does not break the ordering of this
1167     /// [`RBTree`].
1168     fn insert(self, node: RBTreeNode<K, V>) -> &'a mut V {
1169         let node = KBox::into_raw(node.node);
1171         // SAFETY: `node` is valid at least until we call `Box::from_raw`, which only happens when
1172         // the node is removed or replaced.
1173         let node_links = unsafe { addr_of_mut!((*node).links) };
1175         // INVARIANT: We are linking in a new node, which is valid. It remains valid because we
1176         // "forgot" it with `Box::into_raw`.
1177         // SAFETY: The type invariants of `RawVacantEntry` are exactly the safety requirements of `rb_link_node`.
1178         unsafe { bindings::rb_link_node(node_links, self.parent, self.child_field_of_parent) };
1180         // SAFETY: All pointers are valid. `node` has just been inserted into the tree.
1181         unsafe { bindings::rb_insert_color(node_links, addr_of_mut!((*self.rbtree).root)) };
1183         // SAFETY: The node is valid until we remove it from the tree.
1184         unsafe { &mut (*node).value }
1185     }
1188 impl<'a, K, V> VacantEntry<'a, K, V> {
1189     /// Inserts the given node into the [`RBTree`] at this entry.
1190     pub fn insert(self, value: V, reservation: RBTreeNodeReservation<K, V>) -> &'a mut V {
1191         self.raw.insert(reservation.into_node(self.key, value))
1192     }
1195 /// A view into an occupied entry in a [`RBTree`]. It is part of the [`Entry`] enum.
1197 /// # Invariants
1198 /// - `node_links` is a valid, non-null pointer to a tree node in `self.rbtree`
1199 pub struct OccupiedEntry<'a, K, V> {
1200     rbtree: &'a mut RBTree<K, V>,
1201     /// The node that this entry corresponds to.
1202     node_links: *mut bindings::rb_node,
1205 impl<'a, K, V> OccupiedEntry<'a, K, V> {
1206     /// Gets a reference to the value in the entry.
1207     pub fn get(&self) -> &V {
1208         // SAFETY:
1209         // - `self.node_links` is a valid pointer to a node in the tree.
1210         // - We have shared access to the underlying tree, and can thus give out a shared reference.
1211         unsafe { &(*container_of!(self.node_links, Node<K, V>, links)).value }
1212     }
1214     /// Gets a mutable reference to the value in the entry.
1215     pub fn get_mut(&mut self) -> &mut V {
1216         // SAFETY:
1217         // - `self.node_links` is a valid pointer to a node in the tree.
1218         // - We have exclusive access to the underlying tree, and can thus give out a mutable reference.
1219         unsafe { &mut (*(container_of!(self.node_links, Node<K, V>, links).cast_mut())).value }
1220     }
1222     /// Converts the entry into a mutable reference to its value.
1223     ///
1224     /// If you need multiple references to the `OccupiedEntry`, see [`self#get_mut`].
1225     pub fn into_mut(self) -> &'a mut V {
1226         // SAFETY:
1227         // - `self.node_links` is a valid pointer to a node in the tree.
1228         // - This consumes the `&'a mut RBTree<K, V>`, therefore it can give out a mutable reference that lives for `'a`.
1229         unsafe { &mut (*(container_of!(self.node_links, Node<K, V>, links).cast_mut())).value }
1230     }
1232     /// Remove this entry from the [`RBTree`].
1233     pub fn remove_node(self) -> RBTreeNode<K, V> {
1234         // SAFETY: The node is a node in the tree, so it is valid.
1235         unsafe { bindings::rb_erase(self.node_links, &mut self.rbtree.root) };
1237         // INVARIANT: The node is being returned and the caller may free it, however, it was
1238         // removed from the tree. So the invariants still hold.
1239         RBTreeNode {
1240             // SAFETY: The node was a node in the tree, but we removed it, so we can convert it
1241             // back into a box.
1242             node: unsafe {
1243                 KBox::from_raw(container_of!(self.node_links, Node<K, V>, links).cast_mut())
1244             },
1245         }
1246     }
1248     /// Takes the value of the entry out of the map, and returns it.
1249     pub fn remove(self) -> V {
1250         let rb_node = self.remove_node();
1251         let node = KBox::into_inner(rb_node.node);
1253         node.value
1254     }
1256     /// Swap the current node for the provided node.
1257     ///
1258     /// The key of both nodes must be equal.
1259     fn replace(self, node: RBTreeNode<K, V>) -> RBTreeNode<K, V> {
1260         let node = KBox::into_raw(node.node);
1262         // SAFETY: `node` is valid at least until we call `Box::from_raw`, which only happens when
1263         // the node is removed or replaced.
1264         let new_node_links = unsafe { addr_of_mut!((*node).links) };
1266         // SAFETY: This updates the pointers so that `new_node_links` is in the tree where
1267         // `self.node_links` used to be.
1268         unsafe {
1269             bindings::rb_replace_node(self.node_links, new_node_links, &mut self.rbtree.root)
1270         };
1272         // SAFETY:
1273         // - `self.node_ptr` produces a valid pointer to a node in the tree.
1274         // - Now that we removed this entry from the tree, we can convert the node to a box.
1275         let old_node =
1276             unsafe { KBox::from_raw(container_of!(self.node_links, Node<K, V>, links).cast_mut()) };
1278         RBTreeNode { node: old_node }
1279     }
1282 struct Node<K, V> {
1283     links: bindings::rb_node,
1284     key: K,
1285     value: V,