Allow numeric to use a more compact, 2-byte header in many cases.
authorRobert Haas <rhaas@postgresql.org>
Tue, 3 Aug 2010 23:09:29 +0000 (23:09 +0000)
committerRobert Haas <rhaas@postgresql.org>
Tue, 3 Aug 2010 23:09:29 +0000 (23:09 +0000)
Review by Brendan Jurd and Tom Lane.

src/backend/utils/adt/numeric.c

index 327d5f0ddf7488e2bfa9179e5b027a1017e883b9..8398bb90e4f1e9550d8126fdfab142d1eb16b264 100644 (file)
@@ -14,7 +14,7 @@
  * Copyright (c) 1998-2010, PostgreSQL Global Development Group
  *
  * IDENTIFICATION
- *   $PostgreSQL: pgsql/src/backend/utils/adt/numeric.c,v 1.124 2010/07/30 04:30:23 rhaas Exp $
+ *   $PostgreSQL: pgsql/src/backend/utils/adt/numeric.c,v 1.125 2010/08/03 23:09:29 rhaas Exp $
  *
  *-------------------------------------------------------------------------
  */
 #include "utils/int8.h"
 #include "utils/numeric.h"
 
-/*
- * Sign values and macros to deal with packing/unpacking n_sign_dscale
- */
-#define NUMERIC_SIGN_MASK  0xC000
-#define NUMERIC_POS            0x0000
-#define NUMERIC_NEG            0x4000
-#define NUMERIC_NAN            0xC000
-#define NUMERIC_DSCALE_MASK 0x3FFF
-#define NUMERIC_SIGN(n)        ((n)->n_sign_dscale & NUMERIC_SIGN_MASK)
-#define NUMERIC_DSCALE(n)  ((n)->n_sign_dscale & NUMERIC_DSCALE_MASK)
-#define NUMERIC_IS_NAN(n)  (NUMERIC_SIGN(n) != NUMERIC_POS &&  \
-                            NUMERIC_SIGN(n) != NUMERIC_NEG)
-#define NUMERIC_HDRSZ  (VARHDRSZ + sizeof(uint16) + sizeof(int16))
-
-
-/*
- * The Numeric data type stored in the database
- *
- * NOTE: by convention, values in the packed form have been stripped of
- * all leading and trailing zero digits (where a "digit" is of base NBASE).
- * In particular, if the value is zero, there will be no digits at all!
- * The weight is arbitrary in that case, but we normally set it to zero.
- */
-struct NumericData
-{
-   int32       vl_len_;        /* varlena header (do not touch directly!) */
-   uint16      n_sign_dscale;  /* Sign + display scale */
-   int16       n_weight;       /* Weight of 1st digit  */
-   char        n_data[1];      /* Digits (really array of NumericDigit) */
-};
-
-
 /* ----------
  * Uncomment the following to enable compilation of dump_numeric()
  * and dump_var() and to get a dump of any result produced by make_result().
@@ -120,6 +88,122 @@ typedef signed char NumericDigit;
 typedef int16 NumericDigit;
 #endif
 
+/*
+ * The Numeric type as stored on disk.
+ *
+ * If the high bits of the first word of a NumericChoice (n_header, or
+ * n_short.n_header, or n_long.n_sign_dscale) are NUMERIC_SHORT, then the
+ * numeric follows the NumericShort format; if they are NUMERIC_POS or
+ * NUMERIC_NEG, it follows the NumericLong format.  If they are NUMERIC_NAN,
+ * it is a NaN.  We currently always store a NaN using just two bytes (i.e.
+ * only n_header), but previous releases used only the NumericLong format,
+ * so we might find 4-byte NaNs on disk if a database has been migrated using
+ * pg_upgrade.  In either case, when the high bits indicate a NaN, the
+ * remaining bits are never examined.  Currently, we always initialize these
+ * to zero, but it might be possible to use them for some other purpose in
+ * the future.
+ * 
+ * In the NumericShort format, the remaining 14 bits of the header word
+ * (n_short.n_header) are allocated as follows: 1 for sign (positive or
+ * negative), 6 for dynamic scale, and 7 for weight.  In practice, most
+ * commonly-encountered values can be represented this way.
+ *
+ * In the NumericLong format, the remaining 14 bits of the header word
+ * (n_long.n_sign_dscale) represent the display scale; and the weight is
+ * stored separately in n_weight.
+ *
+ * NOTE: by convention, values in the packed form have been stripped of
+ * all leading and trailing zero digits (where a "digit" is of base NBASE).
+ * In particular, if the value is zero, there will be no digits at all!
+ * The weight is arbitrary in that case, but we normally set it to zero.
+ */
+
+struct NumericShort
+{
+   uint16      n_header;       /* Sign + display scale + weight */
+   NumericDigit n_data[1];     /* Digits */
+};
+
+struct NumericLong
+{
+   uint16      n_sign_dscale;  /* Sign + display scale */
+   int16       n_weight;       /* Weight of 1st digit  */
+   NumericDigit n_data[1];     /* Digits */
+};
+
+union NumericChoice
+{
+   uint16      n_header;       /* Header word */
+   struct NumericLong  n_long; /* Long form (4-byte header) */
+   struct NumericShort n_short;    /* Short form (2-byte header) */
+};
+
+struct NumericData
+{
+   int32       vl_len_;        /* varlena header (do not touch directly!) */
+   union NumericChoice choice; /* choice of format */
+};
+
+
+/*
+ * Interpretation of high bits.
+ */
+
+#define NUMERIC_SIGN_MASK  0xC000
+#define NUMERIC_POS            0x0000
+#define NUMERIC_NEG            0x4000
+#define NUMERIC_SHORT      0x8000
+#define NUMERIC_NAN            0xC000
+
+#define NUMERIC_FLAGBITS(n) ((n)->choice.n_header & NUMERIC_SIGN_MASK)
+#define NUMERIC_IS_NAN(n)      (NUMERIC_FLAGBITS(n) == NUMERIC_NAN)
+#define NUMERIC_IS_SHORT(n)        (NUMERIC_FLAGBITS(n) == NUMERIC_SHORT)
+
+#define NUMERIC_HDRSZ  (VARHDRSZ + sizeof(uint16) + sizeof(int16))
+#define NUMERIC_HDRSZ_SHORT    (VARHDRSZ + sizeof(uint16))
+
+/*
+ * If the flag bits are NUMERIC_SHORT or NUMERIC_NAN, we want the short header;
+ * otherwise, we want the long one.  Instead of testing against each value, we
+ * can just look at the high bit, for a slight efficiency gain.
+ */
+#define NUMERIC_HEADER_SIZE(n) \
+   (VARHDRSZ + sizeof(uint16) + \
+       (((NUMERIC_FLAGBITS(n) & 0x8000) == 0) ? sizeof(int16) : 0))
+
+/*
+ * Short format definitions.
+ */
+
+#define NUMERIC_SHORT_SIGN_MASK            0x2000
+#define NUMERIC_SHORT_DSCALE_MASK      0x1F80
+#define NUMERIC_SHORT_DSCALE_SHIFT     7
+#define NUMERIC_SHORT_DSCALE_MAX       \
+   (NUMERIC_SHORT_DSCALE_MASK >> NUMERIC_SHORT_DSCALE_SHIFT)
+#define NUMERIC_SHORT_WEIGHT_SIGN_MASK 0x0040
+#define NUMERIC_SHORT_WEIGHT_MASK      0x003F
+#define NUMERIC_SHORT_WEIGHT_MAX       NUMERIC_SHORT_WEIGHT_MASK
+#define NUMERIC_SHORT_WEIGHT_MIN       (-(NUMERIC_SHORT_WEIGHT_MASK+1))
+
+/*
+ * Extract sign, display scale, weight.
+ */
+
+#define NUMERIC_DSCALE_MASK        0x3FFF
+
+#define NUMERIC_SIGN(n) \
+   (NUMERIC_IS_SHORT(n) ? \
+       (((n)->choice.n_short.n_header & NUMERIC_SHORT_SIGN_MASK) ? \
+       NUMERIC_NEG : NUMERIC_POS) : NUMERIC_FLAGBITS(n))
+#define NUMERIC_DSCALE(n)  (NUMERIC_IS_SHORT((n)) ? \
+   ((n)->choice.n_short.n_header & NUMERIC_SHORT_DSCALE_MASK) \
+       >> NUMERIC_SHORT_DSCALE_SHIFT \
+   : ((n)->choice.n_long.n_sign_dscale & NUMERIC_DSCALE_MASK))
+#define NUMERIC_WEIGHT(n)  (NUMERIC_IS_SHORT((n)) ? \
+   (((n)->choice.n_short.n_header & NUMERIC_SHORT_WEIGHT_SIGN_MASK ? \
+       ~NUMERIC_SHORT_WEIGHT_MASK : 0) \
+    | ((n)->choice.n_short.n_header & NUMERIC_SHORT_WEIGHT_MASK)) \
+   : ((n)->choice.n_long.n_weight))
 
 /* ----------
  * NumericVar is the format we use for arithmetic. The digit-array part
@@ -266,9 +350,14 @@ static void dump_var(const char *str, NumericVar *var);
 
 #define init_var(v)        MemSetAligned(v, 0, sizeof(NumericVar))
 
-#define NUMERIC_DIGITS(num) ((NumericDigit *)(num)->n_data)
+#define NUMERIC_DIGITS(num) (NUMERIC_IS_SHORT(num) ? \
+   (num)->choice.n_short.n_data : (num)->choice.n_long.n_data)
 #define NUMERIC_NDIGITS(num) \
-   ((VARSIZE(num) - NUMERIC_HDRSZ) / sizeof(NumericDigit))
+   ((VARSIZE(num) - NUMERIC_HEADER_SIZE(num)) / sizeof(NumericDigit))
+#define NUMERIC_CAN_BE_SHORT(scale,weight) \
+   ((scale) <= NUMERIC_SHORT_DSCALE_MAX && \
+   (weight) <= NUMERIC_SHORT_WEIGHT_MAX && \
+   (weight) >= NUMERIC_SHORT_WEIGHT_MIN)
 
 static void alloc_var(NumericVar *var, int ndigits);
 static void free_var(NumericVar *var);
@@ -652,15 +741,23 @@ numeric       (PG_FUNCTION_ARGS)
    /*
     * If the number is certainly in bounds and due to the target scale no
     * rounding could be necessary, just make a copy of the input and modify
-    * its scale fields.  (Note we assume the existing dscale is honest...)
+    * its scale fields, unless the larger scale forces us to abandon the
+    * short representation.  (Note we assume the existing dscale is honest...)
     */
-   ddigits = (num->n_weight + 1) * DEC_DIGITS;
-   if (ddigits <= maxdigits && scale >= NUMERIC_DSCALE(num))
+   ddigits = (NUMERIC_WEIGHT(num) + 1) * DEC_DIGITS;
+   if (ddigits <= maxdigits && scale >= NUMERIC_DSCALE(num)
+       && (NUMERIC_CAN_BE_SHORT(scale, NUMERIC_WEIGHT(num))
+       || !NUMERIC_IS_SHORT(num)))
    {
        new = (Numeric) palloc(VARSIZE(num));
        memcpy(new, num, VARSIZE(num));
-       new->n_sign_dscale = NUMERIC_SIGN(new) |
-           ((uint16) scale & NUMERIC_DSCALE_MASK);
+       if (NUMERIC_IS_SHORT(num))
+           new->choice.n_short.n_header =
+               (num->choice.n_short.n_header & ~NUMERIC_SHORT_DSCALE_MASK)
+               | (scale << NUMERIC_SHORT_DSCALE_SHIFT);
+       else
+           new->choice.n_long.n_sign_dscale = NUMERIC_SIGN(new) |
+               ((uint16) scale & NUMERIC_DSCALE_MASK);
        PG_RETURN_NUMERIC(new);
    }
 
@@ -766,7 +863,11 @@ numeric_abs(PG_FUNCTION_ARGS)
    res = (Numeric) palloc(VARSIZE(num));
    memcpy(res, num, VARSIZE(num));
 
-   res->n_sign_dscale = NUMERIC_POS | NUMERIC_DSCALE(num);
+   if (NUMERIC_IS_SHORT(num))
+       res->choice.n_short.n_header =
+           num->choice.n_short.n_header & ~NUMERIC_SHORT_SIGN_MASK;
+   else
+       res->choice.n_long.n_sign_dscale = NUMERIC_POS | NUMERIC_DSCALE(num);
 
    PG_RETURN_NUMERIC(res);
 }
@@ -795,13 +896,18 @@ numeric_uminus(PG_FUNCTION_ARGS)
     * we can identify a ZERO by the fact that there are no digits at all.  Do
     * nothing to a zero.
     */
-   if (VARSIZE(num) != NUMERIC_HDRSZ)
+   if (NUMERIC_NDIGITS(num) != 0)
    {
        /* Else, flip the sign */
-       if (NUMERIC_SIGN(num) == NUMERIC_POS)
-           res->n_sign_dscale = NUMERIC_NEG | NUMERIC_DSCALE(num);
+       if (NUMERIC_IS_SHORT(num))
+           res->choice.n_short.n_header =
+               num->choice.n_short.n_header ^ NUMERIC_SHORT_SIGN_MASK;
+       else if (NUMERIC_SIGN(num) == NUMERIC_POS)
+           res->choice.n_long.n_sign_dscale =
+               NUMERIC_NEG | NUMERIC_DSCALE(num);
        else
-           res->n_sign_dscale = NUMERIC_POS | NUMERIC_DSCALE(num);
+           res->choice.n_long.n_sign_dscale =
+               NUMERIC_POS | NUMERIC_DSCALE(num);
    }
 
    PG_RETURN_NUMERIC(res);
@@ -845,7 +951,7 @@ numeric_sign(PG_FUNCTION_ARGS)
     * The packed format is known to be totally zero digit trimmed always. So
     * we can identify a ZERO by the fact that there are no digits at all.
     */
-   if (VARSIZE(num) == NUMERIC_HDRSZ)
+   if (NUMERIC_NDIGITS(num) == 0)
        set_var_from_var(&const_zero, &result);
    else
    {
@@ -1283,9 +1389,9 @@ cmp_numerics(Numeric num1, Numeric num2)
    else
    {
        result = cmp_var_common(NUMERIC_DIGITS(num1), NUMERIC_NDIGITS(num1),
-                               num1->n_weight, NUMERIC_SIGN(num1),
+                               NUMERIC_WEIGHT(num1), NUMERIC_SIGN(num1),
                                NUMERIC_DIGITS(num2), NUMERIC_NDIGITS(num2),
-                               num2->n_weight, NUMERIC_SIGN(num2));
+                               NUMERIC_WEIGHT(num2), NUMERIC_SIGN(num2));
    }
 
    return result;
@@ -1302,12 +1408,13 @@ hash_numeric(PG_FUNCTION_ARGS)
    int         end_offset;
    int         i;
    int         hash_len;
+   NumericDigit   *digits;
 
    /* If it's NaN, don't try to hash the rest of the fields */
    if (NUMERIC_IS_NAN(key))
        PG_RETURN_UINT32(0);
 
-   weight = key->n_weight;
+   weight = NUMERIC_WEIGHT(key);
    start_offset = 0;
    end_offset = 0;
 
@@ -1317,9 +1424,10 @@ hash_numeric(PG_FUNCTION_ARGS)
     * zeros are suppressed, but we're paranoid. Note that we measure the
     * starting and ending offsets in units of NumericDigits, not bytes.
     */
+   digits = NUMERIC_DIGITS(key);
    for (i = 0; i < NUMERIC_NDIGITS(key); i++)
    {
-       if (NUMERIC_DIGITS(key)[i] != (NumericDigit) 0)
+       if (digits[i] != (NumericDigit) 0)
            break;
 
        start_offset++;
@@ -1340,7 +1448,7 @@ hash_numeric(PG_FUNCTION_ARGS)
 
    for (i = NUMERIC_NDIGITS(key) - 1; i >= 0; i--)
    {
-       if (NUMERIC_DIGITS(key)[i] != (NumericDigit) 0)
+       if (digits[i] != (NumericDigit) 0)
            break;
 
        end_offset++;
@@ -2536,7 +2644,7 @@ numeric_avg(PG_FUNCTION_ARGS)
 
    /* SQL92 defines AVG of no values to be NULL */
    /* N is zero iff no digits (cf. numeric_uminus) */
-   if (VARSIZE(N) == NUMERIC_HDRSZ)
+   if (NUMERIC_NDIGITS(N) == 0)
        PG_RETURN_NULL();
 
    PG_RETURN_DATUM(DirectFunctionCall2(numeric_div,
@@ -2974,7 +3082,8 @@ dump_numeric(const char *str, Numeric num)
 
    ndigits = NUMERIC_NDIGITS(num);
 
-   printf("%s: NUMERIC w=%d d=%d ", str, num->n_weight, NUMERIC_DSCALE(num));
+   printf("%s: NUMERIC w=%d d=%d ", str,
+          NUMERIC_WEIGHT(num), NUMERIC_DSCALE(num));
    switch (NUMERIC_SIGN(num))
    {
        case NUMERIC_POS:
@@ -3265,11 +3374,11 @@ set_var_from_num(Numeric num, NumericVar *dest)
 
    alloc_var(dest, ndigits);
 
-   dest->weight = num->n_weight;
+   dest->weight = NUMERIC_WEIGHT(num);
    dest->sign = NUMERIC_SIGN(num);
    dest->dscale = NUMERIC_DSCALE(num);
 
-   memcpy(dest->digits, num->n_data, ndigits * sizeof(NumericDigit));
+   memcpy(dest->digits, NUMERIC_DIGITS(num), ndigits * sizeof(NumericDigit));
 }
 
 
@@ -3561,11 +3670,11 @@ make_result(NumericVar *var)
 
    if (sign == NUMERIC_NAN)
    {
-       result = (Numeric) palloc(NUMERIC_HDRSZ);
+       result = (Numeric) palloc(NUMERIC_HDRSZ_SHORT);
 
-       SET_VARSIZE(result, NUMERIC_HDRSZ);
-       result->n_weight = 0;
-       result->n_sign_dscale = NUMERIC_NAN;
+       SET_VARSIZE(result, NUMERIC_HDRSZ_SHORT);
+       result->choice.n_header = NUMERIC_NAN;
+       /* the header word is all we need */
 
        dump_numeric("make_result()", result);
        return result;
@@ -3592,16 +3701,33 @@ make_result(NumericVar *var)
    }
 
    /* Build the result */
-   len = NUMERIC_HDRSZ + n * sizeof(NumericDigit);
-   result = (Numeric) palloc(len);
-   SET_VARSIZE(result, len);
-   result->n_weight = weight;
-   result->n_sign_dscale = sign | (var->dscale & NUMERIC_DSCALE_MASK);
+   if (NUMERIC_CAN_BE_SHORT(var->dscale, weight))
+   {
+       len = NUMERIC_HDRSZ_SHORT + n * sizeof(NumericDigit);
+       result = (Numeric) palloc(len);
+       SET_VARSIZE(result, len);
+       result->choice.n_short.n_header = 
+           (sign == NUMERIC_NEG ? (NUMERIC_SHORT | NUMERIC_SHORT_SIGN_MASK)
+               : NUMERIC_SHORT)
+           | (var->dscale << NUMERIC_SHORT_DSCALE_SHIFT)
+           | (weight < 0 ? NUMERIC_SHORT_WEIGHT_SIGN_MASK : 0)
+           | (weight & NUMERIC_SHORT_WEIGHT_MASK);
+   }
+   else
+   {
+       len = NUMERIC_HDRSZ + n * sizeof(NumericDigit);
+       result = (Numeric) palloc(len);
+       SET_VARSIZE(result, len);
+       result->choice.n_long.n_sign_dscale =
+           sign | (var->dscale & NUMERIC_DSCALE_MASK);
+       result->choice.n_long.n_weight = weight;
+   }
 
-   memcpy(result->n_data, digits, n * sizeof(NumericDigit));
+   memcpy(NUMERIC_DIGITS(result), digits, n * sizeof(NumericDigit));
+   Assert(NUMERIC_NDIGITS(result) == n);
 
    /* Check for overflow of int16 fields */
-   if (result->n_weight != weight ||
+   if (NUMERIC_WEIGHT(result) != weight ||
        NUMERIC_DSCALE(result) != var->dscale)
        ereport(ERROR,
                (errcode(ERRCODE_NUMERIC_VALUE_OUT_OF_RANGE),