Quelle  btree.h   Sprache: C

// Copyright 2018 The Abseil Authors.
//
// Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
// you may not use this file except in compliance with the License.
// You may obtain a copy of the License at
//
//      https://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
//
// Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
// distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
// WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
// See the License for the specific language governing permissions and
// limitations under the License.

// A btree implementation of the STL set and map interfaces. A btree is smaller
// and generally also faster than STL set/map (refer to the benchmarks below).
// The red-black tree implementation of STL set/map has an overhead of 3
// pointers (left, right and parent) plus the node color information for each
// stored value. So a set<int32_t> consumes 40 bytes for each value stored in
// 64-bit mode. This btree implementation stores multiple values on fixed
// size nodes (usually 256 bytes) and doesn't store child pointers for leaf
// nodes. The result is that a btree_set<int32_t> may use much less memory per
// stored value. For the random insertion benchmark in btree_bench.cc, a
// btree_set<int32_t> with node-size of 256 uses 5.1 bytes per stored value.
//
// The packing of multiple values on to each node of a btree has another effect
// besides better space utilization: better cache locality due to fewer cache
// lines being accessed. Better cache locality translates into faster
// operations.
//
// CAVEATS
//
// Insertions and deletions on a btree can cause splitting, merging or
// rebalancing of btree nodes. And even without these operations, insertions
// and deletions on a btree will move values around within a node. In both
// cases, the result is that insertions and deletions can invalidate iterators
// pointing to values other than the one being inserted/deleted. Therefore, this
// container does not provide pointer stability. This is notably different from
// STL set/map which takes care to not invalidate iterators on insert/erase
// except, of course, for iterators pointing to the value being erased.  A
// partial workaround when erasing is available: erase() returns an iterator
// pointing to the item just after the one that was erased (or end() if none
// exists).

#ifndef ABSL_CONTAINER_INTERNAL_BTREE_H_
#define ABSL_CONTAINER_INTERNAL_BTREE_H_

#include <algorithm>
#include <cassert>
#include <cstddef>
#include <cstdint>
#include <cstring>
#include <functional>
#include <iterator>
#include <limits>
#include <string>
#include <type_traits>
#include <utility>

#include "absl/base/config.h"
#include "absl/base/internal/raw_logging.h"
#include "absl/base/macros.h"
#include "absl/container/internal/common.h"
#include "absl/container/internal/common_policy_traits.h"
#include "absl/container/internal/compressed_tuple.h"
#include "absl/container/internal/container_memory.h"
#include "absl/container/internal/layout.h"
#include "absl/memory/memory.h"
#include "absl/meta/type_traits.h"
#include "absl/strings/cord.h"
#include "absl/strings/string_view.h"
#include "absl/types/compare.h"

namespace absl {
ABSL_NAMESPACE_BEGIN
namespace container_internal {

#ifdef ABSL_BTREE_ENABLE_GENERATIONS
#error ABSL_BTREE_ENABLE_GENERATIONS cannot be directly set
#elif (defined(ABSL_HAVE_ADDRESS_SANITIZER) ||   \
       defined(ABSL_HAVE_HWADDRESS_SANITIZER) || \
       defined(ABSL_HAVE_MEMORY_SANITIZER)) &&   \
    !defined(NDEBUG_SANITIZER)  // If defined, performance is important.
// When compiled in sanitizer mode, we add generation integers to the nodes and
// iterators. When iterators are used, we validate that the container has not
// been mutated since the iterator was constructed.
#define ABSL_BTREE_ENABLE_GENERATIONS
#endif

#ifdef ABSL_BTREE_ENABLE_GENERATIONS
constexpr bool BtreeGenerationsEnabled() { return true; }
#else
constexpr bool BtreeGenerationsEnabled() { return false; }
#endif

template <typename Compare, typename T, typename U>
using compare_result_t = absl::result_of_t<const Compare(const T &, const U &)>;

// A helper class that indicates if the Compare parameter is a key-compare-to
// comparator.
template <typename Compare, typename T>
using btree_is_key_compare_to =
    std::is_convertible<compare_result_t<Compare, T, T>, absl::weak_ordering>;

struct StringBtreeDefaultLess {
  using is_transparent = void;

  StringBtreeDefaultLess() = default;

  // Compatibility constructor.
  StringBtreeDefaultLess(std::less<std::string>) {}        // NOLINT
  StringBtreeDefaultLess(std::less<absl::string_view>) {}  // NOLINT

  // Allow converting to std::less for use in key_comp()/value_comp().
  explicit operator std::less<std::string>() const { return {}; }
  explicit operator std::less<absl::string_view>() const { return {}; }
  explicit operator std::less<absl::Cord>() const { return {}; }

  absl::weak_ordering operator()(absl::string_view lhs,
                                 absl::string_view rhs) const {
    return compare_internal::compare_result_as_ordering(lhs.compare(rhs));
  }
  StringBtreeDefaultLess(std::less<absl::Cord>) {}  // NOLINT
  absl::weak_ordering operator()(const absl::Cord &lhs,
                                 const absl::Cord &rhs) const {
    return compare_internal::compare_result_as_ordering(lhs.Compare(rhs));
  }
  absl::weak_ordering operator()(const absl::Cord &lhs,
                                 absl::string_view rhs) const {
    return compare_internal::compare_result_as_ordering(lhs.Compare(rhs));
  }
  absl::weak_ordering operator()(absl::string_view lhs,
                                 const absl::Cord &rhs) const {
    return compare_internal::compare_result_as_ordering(-rhs.Compare(lhs));
  }
};

struct StringBtreeDefaultGreater {
  using is_transparent = void;

  StringBtreeDefaultGreater() = default;

  StringBtreeDefaultGreater(std::greater<std::string>) {}        // NOLINT
  StringBtreeDefaultGreater(std::greater<absl::string_view>) {}  // NOLINT

  // Allow converting to std::greater for use in key_comp()/value_comp().
  explicit operator std::greater<std::string>() const { return {}; }
  explicit operator std::greater<absl::string_view>() const { return {}; }
  explicit operator std::greater<absl::Cord>() const { return {}; }

  absl::weak_ordering operator()(absl::string_view lhs,
                                 absl::string_view rhs) const {
    return compare_internal::compare_result_as_ordering(rhs.compare(lhs));
  }
  StringBtreeDefaultGreater(std::greater<absl::Cord>) {}  // NOLINT
  absl::weak_ordering operator()(const absl::Cord &lhs,
                                 const absl::Cord &rhs) const {
    return compare_internal::compare_result_as_ordering(rhs.Compare(lhs));
  }
  absl::weak_ordering operator()(const absl::Cord &lhs,
                                 absl::string_view rhs) const {
    return compare_internal::compare_result_as_ordering(-lhs.Compare(rhs));
  }
  absl::weak_ordering operator()(absl::string_view lhs,
                                 const absl::Cord &rhs) const {
    return compare_internal::compare_result_as_ordering(rhs.Compare(lhs));
  }
};

// See below comments for checked_compare.
template <typename Compare, bool is_class = std::is_class<Compare>::value>
struct checked_compare_base : Compare {
  using Compare::Compare;
  explicit checked_compare_base(Compare c) : Compare(std::move(c)) {}
  const Compare &comp() const { return *this; }
};
template <typename Compare>
struct checked_compare_base<Compare, false> {
  explicit checked_compare_base(Compare c) : compare(std::move(c)) {}
  const Compare &comp() const { return compare; }
  Compare compare;
};

// A mechanism for opting out of checked_compare for use only in btree_test.cc.
struct BtreeTestOnlyCheckedCompareOptOutBase {};

// A helper class to adapt the specified comparator for two use cases:
// (1) When using common Abseil string types with common comparison functors,
// convert a boolean comparison into a three-way comparison that returns an
// `absl::weak_ordering`. This helper class is specialized for
// less<std::string>, greater<std::string>, less<string_view>,
// greater<string_view>, less<absl::Cord>, and greater<absl::Cord>.
// (2) Adapt the comparator to diagnose cases of non-strict-weak-ordering (see
// https://en.cppreference.com/w/cpp/named_req/Compare) in debug mode. Whenever
// a comparison is made, we will make assertions to verify that the comparator
// is valid.
template <typename Compare, typename Key>
struct key_compare_adapter {
  // Inherit from checked_compare_base to support function pointers and also
  // keep empty-base-optimization (EBO) support for classes.
  // Note: we can't use CompressedTuple here because that would interfere
  // with the EBO for `btree::rightmost_`. `btree::rightmost_` is itself a
  // CompressedTuple and nested `CompressedTuple`s don't support EBO.
  // TODO(b/214288561): use CompressedTuple instead once it supports EBO for
  // nested `CompressedTuple`s.
  struct checked_compare : checked_compare_base<Compare> {
   private:
    using Base = typename checked_compare::checked_compare_base;
    using Base::comp;

    // If possible, returns whether `t` is equivalent to itself. We can only do
    // this for `Key`s because we can't be sure that it's safe to call
    // `comp()(k, k)` otherwise. Even if SFINAE allows it, there could be a
    // compilation failure inside the implementation of the comparison operator.
    bool is_self_equivalent(const Key &k) const {
      // Note: this works for both boolean and three-way comparators.
      return comp()(k, k) == 0;
    }
    // If we can't compare `t` with itself, returns true unconditionally.
    template <typename T>
    bool is_self_equivalent(const T &) const {
      return true;
    }

   public:
    using Base::Base;
    checked_compare(Compare comp) : Base(std::move(comp)) {}  // NOLINT

    // Allow converting to Compare for use in key_comp()/value_comp().
    explicit operator Compare() const { return comp(); }

    template <typename T, typename U,
              absl::enable_if_t<
                  std::is_same<bool, compare_result_t<Compare, T, U>>::value,
                  int> = 0>
    bool operator()(const T &lhs, const U &rhs) const {
      // NOTE: if any of these assertions fail, then the comparator does not
      // establish a strict-weak-ordering (see
      // https://en.cppreference.com/w/cpp/named_req/Compare).
      assert(is_self_equivalent(lhs));
      assert(is_self_equivalent(rhs));
      const bool lhs_comp_rhs = comp()(lhs, rhs);
      assert(!lhs_comp_rhs || !comp()(rhs, lhs));
      return lhs_comp_rhs;
    }

    template <
        typename T, typename U,
        absl::enable_if_t<std::is_convertible<compare_result_t<Compare, T, U>,
                                              absl::weak_ordering>::value,
                          int> = 0>
    absl::weak_ordering operator()(const T &lhs, const U &rhs) const {
      // NOTE: if any of these assertions fail, then the comparator does not
      // establish a strict-weak-ordering (see
      // https://en.cppreference.com/w/cpp/named_req/Compare).
      assert(is_self_equivalent(lhs));
      assert(is_self_equivalent(rhs));
      const absl::weak_ordering lhs_comp_rhs = comp()(lhs, rhs);
#ifndef NDEBUG
      const absl::weak_ordering rhs_comp_lhs = comp()(rhs, lhs);
      if (lhs_comp_rhs > 0) {
        assert(rhs_comp_lhs < 0 && "lhs_comp_rhs > 0 -> rhs_comp_lhs < 0");
      } else if (lhs_comp_rhs == 0) {
        assert(rhs_comp_lhs == 0 && "lhs_comp_rhs == 0 -> rhs_comp_lhs == 0");
      } else {
        assert(rhs_comp_lhs > 0 && "lhs_comp_rhs < 0 -> rhs_comp_lhs > 0");
      }
#endif
      return lhs_comp_rhs;
    }
  };
  using type = absl::conditional_t<
      std::is_base_of<BtreeTestOnlyCheckedCompareOptOutBase, Compare>::value,
      Compare, checked_compare>;
};

template <>
struct key_compare_adapter<std::less<std::string>, std::string> {
  using type = StringBtreeDefaultLess;
};

template <>
struct key_compare_adapter<std::greater<std::string>, std::string> {
  using type = StringBtreeDefaultGreater;
};

template <>
struct key_compare_adapter<std::less<absl::string_view>, absl::string_view> {
  using type = StringBtreeDefaultLess;
};

template <>
struct key_compare_adapter<std::greater<absl::string_view>, absl::string_view> {
  using type = StringBtreeDefaultGreater;
};

template <>
struct key_compare_adapter<std::less<absl::Cord>, absl::Cord> {
  using type = StringBtreeDefaultLess;
};

template <>
struct key_compare_adapter<std::greater<absl::Cord>, absl::Cord> {
  using type = StringBtreeDefaultGreater;
};

// Detects an 'absl_btree_prefer_linear_node_search' member. This is
// a protocol used as an opt-in or opt-out of linear search.
//
//  For example, this would be useful for key types that wrap an integer
//  and define their own cheap operator<(). For example:
//
//   class K {
//    public:
//     using absl_btree_prefer_linear_node_search = std::true_type;
//     ...
//    private:
//     friend bool operator<(K a, K b) { return a.k_ < b.k_; }
//     int k_;
//   };
//
//   btree_map<K, V> m;  // Uses linear search
//
// If T has the preference tag, then it has a preference.
// Btree will use the tag's truth value.
template <typename T, typename = void>
struct has_linear_node_search_preference : std::false_type {};
template <typename T, typename = void>
struct prefers_linear_node_search : std::false_type {};
template <typename T>
struct has_linear_node_search_preference<
    T, absl::void_t<typename T::absl_btree_prefer_linear_node_search>>
    : std::true_type {};
template <typename T>
struct prefers_linear_node_search<
    T, absl::void_t<typename T::absl_btree_prefer_linear_node_search>>
    : T::absl_btree_prefer_linear_node_search {};

template <typename Compare, typename Key>
constexpr bool compare_has_valid_result_type() {
  using compare_result_type = compare_result_t<Compare, Key, Key>;
  return std::is_same<compare_result_type, bool>::value ||
         std::is_convertible<compare_result_type, absl::weak_ordering>::value;
}

template <typename original_key_compare, typename value_type>
class map_value_compare {
  template <typename Params>
  friend class btree;

  // Note: this `protected` is part of the API of std::map::value_compare. See
  // https://en.cppreference.com/w/cpp/container/map/value_compare.
 protected:
  explicit map_value_compare(original_key_compare c) : comp(std::move(c)) {}

  original_key_compare comp;  // NOLINT

 public:
  auto operator()(const value_type &lhs, const value_type &rhs) const
      -> decltype(comp(lhs.first, rhs.first)) {
    return comp(lhs.first, rhs.first);
  }
};

template <typename Key, typename Compare, typename Alloc, int TargetNodeSize,
          bool IsMulti, bool IsMap, typename SlotPolicy>
struct common_params : common_policy_traits<SlotPolicy> {
  using original_key_compare = Compare;

  // If Compare is a common comparator for a string-like type, then we adapt it
  // to use heterogeneous lookup and to be a key-compare-to comparator.
  // We also adapt the comparator to diagnose invalid comparators in debug mode.
  // We disable this when `Compare` is invalid in a way that will cause
  // adaptation to fail (having invalid return type) so that we can give a
  // better compilation failure in static_assert_validation. If we don't do
  // this, then there will be cascading compilation failures that are confusing
  // for users.
  using key_compare =
      absl::conditional_t<!compare_has_valid_result_type<Compare, Key>(),
                          Compare,
                          typename key_compare_adapter<Compare, Key>::type>;

  static constexpr bool kIsKeyCompareStringAdapted =
      std::is_same<key_compare, StringBtreeDefaultLess>::value ||
      std::is_same<key_compare, StringBtreeDefaultGreater>::value;
  static constexpr bool kIsKeyCompareTransparent =
      IsTransparent<original_key_compare>::value || kIsKeyCompareStringAdapted;

  // A type which indicates if we have a key-compare-to functor or a plain old
  // key-compare functor.
  using is_key_compare_to = btree_is_key_compare_to<key_compare, Key>;

  using allocator_type = Alloc;
  using key_type = Key;
  using size_type = size_t;
  using difference_type = ptrdiff_t;

  using slot_policy = SlotPolicy;
  using slot_type = typename slot_policy::slot_type;
  using value_type = typename slot_policy::value_type;
  using init_type = typename slot_policy::mutable_value_type;
  using pointer = value_type *;
  using const_pointer = const value_type *;
  using reference = value_type &;
  using const_reference = const value_type &;

  using value_compare =
      absl::conditional_t<IsMap,
                          map_value_compare<original_key_compare, value_type>,
                          original_key_compare>;
  using is_map_container = std::integral_constant<bool, IsMap>;

  // For the given lookup key type, returns whether we can have multiple
  // equivalent keys in the btree. If this is a multi-container, then we can.
  // Otherwise, we can have multiple equivalent keys only if all of the
  // following conditions are met:
  // - The comparator is transparent.
  // - The lookup key type is not the same as key_type.
  // - The comparator is not a StringBtreeDefault{Less,Greater} comparator
  //   that we know has the same equivalence classes for all lookup types.
  template <typename LookupKey>
  constexpr static bool can_have_multiple_equivalent_keys() {
    return IsMulti || (IsTransparent<key_compare>::value &&
                       !std::is_same<LookupKey, Key>::value &&
                       !kIsKeyCompareStringAdapted);
  }

  enum {
    kTargetNodeSize = TargetNodeSize,

    // Upper bound for the available space for slots. This is largest for leaf
    // nodes, which have overhead of at least a pointer + 4 bytes (for storing
    // 3 field_types and an enum).
    kNodeSlotSpace = TargetNodeSize - /*minimum overhead=*/(sizeof(void *) + 4),
  };

  // This is an integral type large enough to hold as many slots as will fit a
  // node of TargetNodeSize bytes.
  using node_count_type =
      absl::conditional_t<(kNodeSlotSpace / sizeof(slot_type) >
                           (std::numeric_limits<uint8_t>::max)()),
                          uint16_t, uint8_t>;  // NOLINT
};

// An adapter class that converts a lower-bound compare into an upper-bound
// compare. Note: there is no need to make a version of this adapter specialized
// for key-compare-to functors because the upper-bound (the first value greater
// than the input) is never an exact match.
template <typename Compare>
struct upper_bound_adapter {
  explicit upper_bound_adapter(const Compare &c) : comp(c) {}
  template <typename K1, typename K2>
  bool operator()(const K1 &a, const K2 &b) const {
    // Returns true when a is not greater than b.
    return !compare_internal::compare_result_as_less_than(comp(b, a));
  }

 private:
  Compare comp;
};

enum class MatchKind : uint8_t { kEq, kNe };

template <typename V, bool IsCompareTo>
struct SearchResult {
  V value;
  MatchKind match;

  static constexpr bool HasMatch() { return true; }
  bool IsEq() const { return match == MatchKind::kEq; }
};

// When we don't use CompareTo, `match` is not present.
// This ensures that callers can't use it accidentally when it provides no
// useful information.
template <typename V>
struct SearchResult<V, false> {
  SearchResult() = default;
  explicit SearchResult(V v) : value(v) {}
  SearchResult(V v, MatchKind /*match*/) : value(v) {}

  V value;

  static constexpr bool HasMatch() { return false; }
  static constexpr bool IsEq() { return false; }
};

// A node in the btree holding. The same node type is used for both internal
// and leaf nodes in the btree, though the nodes are allocated in such a way
// that the children array is only valid in internal nodes.
template <typename Params>
class btree_node {
  using is_key_compare_to = typename Params::is_key_compare_to;
  using field_type = typename Params::node_count_type;
  using allocator_type = typename Params::allocator_type;
  using slot_type = typename Params::slot_type;
  using original_key_compare = typename Params::original_key_compare;

 public:
  using params_type = Params;
  using key_type = typename Params::key_type;
  using value_type = typename Params::value_type;
  using pointer = typename Params::pointer;
  using const_pointer = typename Params::const_pointer;
  using reference = typename Params::reference;
  using const_reference = typename Params::const_reference;
  using key_compare = typename Params::key_compare;
  using size_type = typename Params::size_type;
  using difference_type = typename Params::difference_type;

  // Btree decides whether to use linear node search as follows:
  //   - If the comparator expresses a preference, use that.
  //   - If the key expresses a preference, use that.
  //   - If the key is arithmetic and the comparator is std::less or
  //     std::greater, choose linear.
  //   - Otherwise, choose binary.
  // TODO(ezb): Might make sense to add condition(s) based on node-size.
  using use_linear_search = std::integral_constant<
      bool, has_linear_node_search_preference<original_key_compare>::value
                ? prefers_linear_node_search<original_key_compare>::value
            : has_linear_node_search_preference<key_type>::value
                ? prefers_linear_node_search<key_type>::value
                : std::is_arithmetic<key_type>::value &&
                      (std::is_same<std::less<key_type>,
                                    original_key_compare>::value ||
                       std::is_same<std::greater<key_type>,
                                    original_key_compare>::value)>;

  // This class is organized by absl::container_internal::Layout as if it had
  // the following structure:
  //   // A pointer to the node's parent.
  //   btree_node *parent;
  //
  //   // When ABSL_BTREE_ENABLE_GENERATIONS is defined, we also have a
  //   // generation integer in order to check that when iterators are
  //   // used, they haven't been invalidated already. Only the generation on
  //   // the root is used, but we have one on each node because whether a node
  //   // is root or not can change.
  //   uint32_t generation;
  //
  //   // The position of the node in the node's parent.
  //   field_type position;
  //   // The index of the first populated value in `values`.
  //   // TODO(ezb): right now, `start` is always 0. Update insertion/merge
  //   // logic to allow for floating storage within nodes.
  //   field_type start;
  //   // The index after the last populated value in `values`. Currently, this
  //   // is the same as the count of values.
  //   field_type finish;
  //   // The maximum number of values the node can hold. This is an integer in
  //   // [1, kNodeSlots] for root leaf nodes, kNodeSlots for non-root leaf
  //   // nodes, and kInternalNodeMaxCount (as a sentinel value) for internal
  //   // nodes (even though there are still kNodeSlots values in the node).
  //   // TODO(ezb): make max_count use only 4 bits and record log2(capacity)
  //   // to free extra bits for is_root, etc.
  //   field_type max_count;
  //
  //   // The array of values. The capacity is `max_count` for leaf nodes and
  //   // kNodeSlots for internal nodes. Only the values in
  //   // [start, finish) have been initialized and are valid.
  //   slot_type values[max_count];
  //
  //   // The array of child pointers. The keys in children[i] are all less
  //   // than key(i). The keys in children[i + 1] are all greater than key(i).
  //   // There are 0 children for leaf nodes and kNodeSlots + 1 children for
  //   // internal nodes.
  //   btree_node *children[kNodeSlots + 1];
  //
  // This class is only constructed by EmptyNodeType. Normally, pointers to the
  // layout above are allocated, cast to btree_node*, and de-allocated within
  // the btree implementation.
  ~btree_node() = default;
  btree_node(btree_node const &) = delete;
  btree_node &operator=(btree_node const &) = delete;

 protected:
  btree_node() = default;

 private:
  using layout_type =
      absl::container_internal::Layout<btree_node *, uint32_t, field_type,
                                       slot_type, btree_node *>;
  using leaf_layout_type = typename layout_type::template WithStaticSizes<
      /*parent*/ 1,
      /*generation*/ BtreeGenerationsEnabled() ? 1 : 0,
      /*position, start, finish, max_count*/ 4>;
  constexpr static size_type SizeWithNSlots(size_type n) {
    return leaf_layout_type(/*slots*/ n, /*children*/ 0).AllocSize();
  }
  // A lower bound for the overhead of fields other than slots in a leaf node.
  constexpr static size_type MinimumOverhead() {
    return SizeWithNSlots(1) - sizeof(slot_type);
  }

  // Compute how many values we can fit onto a leaf node taking into account
  // padding.
  constexpr static size_type NodeTargetSlots(const size_type begin,
                                             const size_type end) {
    return begin == end ? begin
           : SizeWithNSlots((begin + end) / 2 + 1) >
                   params_type::kTargetNodeSize
               ? NodeTargetSlots(begin, (begin + end) / 2)
               : NodeTargetSlots((begin + end) / 2 + 1, end);
  }

  constexpr static size_type kTargetNodeSize = params_type::kTargetNodeSize;
  constexpr static size_type kNodeTargetSlots =
      NodeTargetSlots(0, kTargetNodeSize);

  // We need a minimum of 3 slots per internal node in order to perform
  // splitting (1 value for the two nodes involved in the split and 1 value
  // propagated to the parent as the delimiter for the split). For performance
  // reasons, we don't allow 3 slots-per-node due to bad worst case occupancy of
  // 1/3 (for a node, not a b-tree).
  constexpr static size_type kMinNodeSlots = 4;

  constexpr static size_type kNodeSlots =
      kNodeTargetSlots >= kMinNodeSlots ? kNodeTargetSlots : kMinNodeSlots;

  using internal_layout_type = typename layout_type::template WithStaticSizes<
      /*parent*/ 1,
      /*generation*/ BtreeGenerationsEnabled() ? 1 : 0,
      /*position, start, finish, max_count*/ 4, /*slots*/ kNodeSlots,
      /*children*/ kNodeSlots + 1>;

  // The node is internal (i.e. is not a leaf node) if and only if `max_count`
  // has this value.
  constexpr static field_type kInternalNodeMaxCount = 0;

  // Leaves can have less than kNodeSlots values.
  constexpr static leaf_layout_type LeafLayout(
      const size_type slot_count = kNodeSlots) {
    return leaf_layout_type(slot_count, 0);
  }
  constexpr static auto InternalLayout() { return internal_layout_type(); }
  constexpr static size_type LeafSize(const size_type slot_count = kNodeSlots) {
    return LeafLayout(slot_count).AllocSize();
  }
  constexpr static size_type InternalSize() {
    return InternalLayout().AllocSize();
  }

  constexpr static size_type Alignment() {
    static_assert(LeafLayout(1).Alignment() == InternalLayout().Alignment(),
                  "Alignment of all nodes must be equal.");
    return InternalLayout().Alignment();
  }

  // N is the index of the type in the Layout definition.
  // ElementType<N> is the Nth type in the Layout definition.
  template <size_type N>
  inline typename layout_type::template ElementType<N> *GetField() {
    // We assert that we don't read from values that aren't there.
    assert(N < 4 || is_internal());
    return InternalLayout().template Pointer<N>(reinterpret_cast<char *>(this));
  }
  template <size_type N>
  inline const typename layout_type::template ElementType<N> *GetField() const {
    assert(N < 4 || is_internal());
    return InternalLayout().template Pointer<N>(
        reinterpret_cast<const char *>(this));
  }
  void set_parent(btree_node *p) { *GetField<0>() = p; }
  field_type &mutable_finish() { return GetField<2>()[2]; }
  slot_type *slot(size_type i) { return &GetField<3>()[i]; }
  slot_type *start_slot() { return slot(start()); }
  slot_type *finish_slot() { return slot(finish()); }
  const slot_type *slot(size_type i) const { return &GetField<3>()[i]; }
  void set_position(field_type v) { GetField<2>()[0] = v; }
  void set_start(field_type v) { GetField<2>()[1] = v; }
  void set_finish(field_type v) { GetField<2>()[2] = v; }
  // This method is only called by the node init methods.
  void set_max_count(field_type v) { GetField<2>()[3] = v; }

 public:
  // Whether this is a leaf node or not. This value doesn't change after the
  // node is created.
  bool is_leaf() const { return GetField<2>()[3] != kInternalNodeMaxCount; }
  // Whether this is an internal node or not. This value doesn't change after
  // the node is created.
  bool is_internal() const { return !is_leaf(); }

  // Getter for the position of this node in its parent.
  field_type position() const { return GetField<2>()[0]; }

  // Getter for the offset of the first value in the `values` array.
  field_type start() const {
    // TODO(ezb): when floating storage is implemented, return GetField<2>()[1];
    assert(GetField<2>()[1] == 0);
    return 0;
  }

  // Getter for the offset after the last value in the `values` array.
  field_type finish() const { return GetField<2>()[2]; }

  // Getters for the number of values stored in this node.
  field_type count() const {
    assert(finish() >= start());
    return finish() - start();
  }
  field_type max_count() const {
    // Internal nodes have max_count==kInternalNodeMaxCount.
    // Leaf nodes have max_count in [1, kNodeSlots].
    const field_type max_count = GetField<2>()[3];
    return max_count == field_type{kInternalNodeMaxCount}
               ? field_type{kNodeSlots}
               : max_count;
  }

  // Getter for the parent of this node.
  btree_node *parent() const { return *GetField<0>(); }
  // Getter for whether the node is the root of the tree. The parent of the
  // root of the tree is the leftmost node in the tree which is guaranteed to
  // be a leaf.
  bool is_root() const { return parent()->is_leaf(); }
  void make_root() {
    assert(parent()->is_root());
    set_generation(parent()->generation());
    set_parent(parent()->parent());
  }

  // Gets the root node's generation integer, which is the one used by the tree.
  uint32_t *get_root_generation() const {
    assert(BtreeGenerationsEnabled());
    const btree_node *curr = this;
    for (; !curr->is_root(); curr = curr->parent()) continue;
    return const_cast<uint32_t *>(&curr->GetField<1>()[0]);
  }

  // Returns the generation for iterator validation.
  uint32_t generation() const {
    return BtreeGenerationsEnabled() ? *get_root_generation() : 0;
  }
  // Updates generation. Should only be called on a root node or during node
  // initialization.
  void set_generation(uint32_t generation) {
    if (BtreeGenerationsEnabled()) GetField<1>()[0] = generation;
  }
  // Updates the generation. We do this whenever the node is mutated.
  void next_generation() {
    if (BtreeGenerationsEnabled()) ++*get_root_generation();
  }

  // Getters for the key/value at position i in the node.
  const key_type &key(size_type i) const { return params_type::key(slot(i)); }
  reference value(size_type i) { return params_type::element(slot(i)); }
  const_reference value(size_type i) const {
    return params_type::element(slot(i));
  }

  // Getters/setter for the child at position i in the node.
  btree_node *child(field_type i) const { return GetField<4>()[i]; }
  btree_node *start_child() const { return child(start()); }
  btree_node *&mutable_child(field_type i) { return GetField<4>()[i]; }
  void clear_child(field_type i) {
    absl::container_internal::SanitizerPoisonObject(&mutable_child(i));
  }
  void set_child_noupdate_position(field_type i, btree_node *c) {
    absl::container_internal::SanitizerUnpoisonObject(&mutable_child(i));
    mutable_child(i) = c;
  }
  void set_child(field_type i, btree_node *c) {
    set_child_noupdate_position(i, c);
    c->set_position(i);
  }
  void init_child(field_type i, btree_node *c) {
    set_child(i, c);
    c->set_parent(this);
  }

  // Returns the position of the first value whose key is not less than k.
  template <typename K>
  SearchResult<size_type, is_key_compare_to::value> lower_bound(
      const K &k, const key_compare &comp) const {
    return use_linear_search::value ? linear_search(k, comp)
                                    : binary_search(k, comp);
  }
  // Returns the position of the first value whose key is greater than k.
  template <typename K>
  size_type upper_bound(const K &k, const key_compare &comp) const {
    auto upper_compare = upper_bound_adapter<key_compare>(comp);
    return use_linear_search::value ? linear_search(k, upper_compare).value
                                    : binary_search(k, upper_compare).value;
  }

  template <typename K, typename Compare>
  SearchResult<size_type, btree_is_key_compare_to<Compare, key_type>::value>
  linear_search(const K &k, const Compare &comp) const {
    return linear_search_impl(k, start(), finish(), comp,
                              btree_is_key_compare_to<Compare, key_type>());
  }

  template <typename K, typename Compare>
  SearchResult<size_type, btree_is_key_compare_to<Compare, key_type>::value>
  binary_search(const K &k, const Compare &comp) const {
    return binary_search_impl(k, start(), finish(), comp,
                              btree_is_key_compare_to<Compare, key_type>());
  }

  // Returns the position of the first value whose key is not less than k using
  // linear search performed using plain compare.
  template <typename K, typename Compare>
  SearchResult<size_type, false> linear_search_impl(
      const K &k, size_type s, const size_type e, const Compare &comp,
      std::false_type /* IsCompareTo */) const {
    while (s < e) {
      if (!comp(key(s), k)) {
        break;
      }
      ++s;
    }
    return SearchResult<size_type, false>{s};
  }

  // Returns the position of the first value whose key is not less than k using
  // linear search performed using compare-to.
  template <typename K, typename Compare>
  SearchResult<size_type, true> linear_search_impl(
      const K &k, size_type s, const size_type e, const Compare &comp,
      std::true_type /* IsCompareTo */) const {
    while (s < e) {
      const absl::weak_ordering c = comp(key(s), k);
      if (c == 0) {
        return {s, MatchKind::kEq};
      } else if (c > 0) {
        break;
      }
      ++s;
    }
    return {s, MatchKind::kNe};
  }

  // Returns the position of the first value whose key is not less than k using
  // binary search performed using plain compare.
  template <typename K, typename Compare>
  SearchResult<size_type, false> binary_search_impl(
      const K &k, size_type s, size_type e, const Compare &comp,
      std::false_type /* IsCompareTo */) const {
    while (s != e) {
      const size_type mid = (s + e) >> 1;
      if (comp(key(mid), k)) {
        s = mid + 1;
      } else {
        e = mid;
      }
    }
    return SearchResult<size_type, false>{s};
  }

  // Returns the position of the first value whose key is not less than k using
  // binary search performed using compare-to.
  template <typename K, typename CompareTo>
  SearchResult<size_type, true> binary_search_impl(
      const K &k, size_type s, size_type e, const CompareTo &comp,
      std::true_type /* IsCompareTo */) const {
    if (params_type::template can_have_multiple_equivalent_keys<K>()) {
      MatchKind exact_match = MatchKind::kNe;
      while (s != e) {
        const size_type mid = (s + e) >> 1;
        const absl::weak_ordering c = comp(key(mid), k);
        if (c < 0) {
          s = mid + 1;
        } else {
          e = mid;
          if (c == 0) {
            // Need to return the first value whose key is not less than k,
            // which requires continuing the binary search if there could be
            // multiple equivalent keys.
            exact_match = MatchKind::kEq;
          }
        }
      }
      return {s, exact_match};
    } else {  // Can't have multiple equivalent keys.
      while (s != e) {
        const size_type mid = (s + e) >> 1;
        const absl::weak_ordering c = comp(key(mid), k);
        if (c < 0) {
          s = mid + 1;
        } else if (c > 0) {
          e = mid;
        } else {
          return {mid, MatchKind::kEq};
        }
      }
      return {s, MatchKind::kNe};
    }
  }

  // Returns whether key i is ordered correctly with respect to the other keys
  // in the node. The motivation here is to detect comparators that violate
  // transitivity. Note: we only do comparisons of keys on this node rather than
  // the whole tree so that this is constant time.
  template <typename Compare>
  bool is_ordered_correctly(field_type i, const Compare &comp) const {
    if (std::is_base_of<BtreeTestOnlyCheckedCompareOptOutBase,
                        Compare>::value ||
        params_type::kIsKeyCompareStringAdapted) {
      return true;
    }

    const auto compare = [&](field_type a, field_type b) {
      const absl::weak_ordering cmp =
          compare_internal::do_three_way_comparison(comp, key(a), key(b));
      return cmp < 0 ? -1 : cmp > 0 ? 1 : 0;
    };
    int cmp = -1;
    constexpr bool kCanHaveEquivKeys =
        params_type::template can_have_multiple_equivalent_keys<key_type>();
    for (field_type j = start(); j < finish(); ++j) {
      if (j == i) {
        if (cmp > 0) return false;
        continue;
      }
      int new_cmp = compare(j, i);
      if (new_cmp < cmp || (!kCanHaveEquivKeys && new_cmp == 0)) return false;
      cmp = new_cmp;
    }
    return true;
  }

  // Emplaces a value at position i, shifting all existing values and
  // children at positions >= i to the right by 1.
  template <typename... Args>
  void emplace_value(field_type i, allocator_type *alloc, Args &&...args);

  // Removes the values at positions [i, i + to_erase), shifting all existing
  // values and children after that range to the left by to_erase. Clears all
  // children between [i, i + to_erase).
  void remove_values(field_type i, field_type to_erase, allocator_type *alloc);

  // Rebalances a node with its right sibling.
  void rebalance_right_to_left(field_type to_move, btree_node *right,
                               allocator_type *alloc);
  void rebalance_left_to_right(field_type to_move, btree_node *right,
                               allocator_type *alloc);

  // Splits a node, moving a portion of the node's values to its right sibling.
  void split(int insert_position, btree_node *dest, allocator_type *alloc);

  // Merges a node with its right sibling, moving all of the values and the
  // delimiting key in the parent node onto itself, and deleting the src node.
  void merge(btree_node *src, allocator_type *alloc);

  // Node allocation/deletion routines.
  void init_leaf(field_type position, field_type max_count,
                 btree_node *parent) {
    set_generation(0);
    set_parent(parent);
    set_position(position);
    set_start(0);
    set_finish(0);
    set_max_count(max_count);
    absl::container_internal::SanitizerPoisonMemoryRegion(
        start_slot(), max_count * sizeof(slot_type));
  }
  void init_internal(field_type position, btree_node *parent) {
    init_leaf(position, kNodeSlots, parent);
    // Set `max_count` to a sentinel value to indicate that this node is
    // internal.
    set_max_count(kInternalNodeMaxCount);
    absl::container_internal::SanitizerPoisonMemoryRegion(
        &mutable_child(start()), (kNodeSlots + 1) * sizeof(btree_node *));
  }

  static void deallocate(const size_type size, btree_node *node,
                         allocator_type *alloc) {
    absl::container_internal::SanitizerUnpoisonMemoryRegion(node, size);
    absl::container_internal::Deallocate<Alignment()>(alloc, node, size);
  }

  // Deletes a node and all of its children.
  static void clear_and_delete(btree_node *node, allocator_type *alloc);

 private:
  template <typename... Args>
  void value_init(const field_type i, allocator_type *alloc, Args &&...args) {
    next_generation();
    absl::container_internal::SanitizerUnpoisonObject(slot(i));
    params_type::construct(alloc, slot(i), std::forward<Args>(args)...);
  }
  void value_destroy(const field_type i, allocator_type *alloc) {
    next_generation();
    params_type::destroy(alloc, slot(i));
    absl::container_internal::SanitizerPoisonObject(slot(i));
  }
  void value_destroy_n(const field_type i, const field_type n,
                       allocator_type *alloc) {
    next_generation();
    for (slot_type *s = slot(i), *end = slot(i + n); s != end; ++s) {
      params_type::destroy(alloc, s);
      absl::container_internal::SanitizerPoisonObject(s);
    }
  }

  static void transfer(slot_type *dest, slot_type *src, allocator_type *alloc) {
    absl::container_internal::SanitizerUnpoisonObject(dest);
    params_type::transfer(alloc, dest, src);
    absl::container_internal::SanitizerPoisonObject(src);
  }

  // Transfers value from slot `src_i` in `src_node` to slot `dest_i` in `this`.
  void transfer(const size_type dest_i, const size_type src_i,
                btree_node *src_node, allocator_type *alloc) {
    next_generation();
    transfer(slot(dest_i), src_node->slot(src_i), alloc);
  }

  // Transfers `n` values starting at value `src_i` in `src_node` into the
  // values starting at value `dest_i` in `this`.
  void transfer_n(const size_type n, const size_type dest_i,
                  const size_type src_i, btree_node *src_node,
                  allocator_type *alloc) {
    next_generation();
    for (slot_type *src = src_node->slot(src_i), *end = src + n,
                   *dest = slot(dest_i);
         src != end; ++src, ++dest) {
      transfer(dest, src, alloc);
    }
  }

  // Same as above, except that we start at the end and work our way to the
  // beginning.
  void transfer_n_backward(const size_type n, const size_type dest_i,
                           const size_type src_i, btree_node *src_node,
                           allocator_type *alloc) {
    next_generation();
    for (slot_type *src = src_node->slot(src_i + n), *end = src - n,
                   *dest = slot(dest_i + n);
         src != end; --src, --dest) {
      // If we modified the loop index calculations above to avoid the -1s here,
      // it would result in UB in the computation of `end` (and possibly `src`
      // as well, if n == 0), since slot() is effectively an array index and it
      // is UB to compute the address of any out-of-bounds array element except
      // for one-past-the-end.
      transfer(dest - 1, src - 1, alloc);
    }
  }

  template <typename P>
  friend class btree;
  template <typename N, typename R, typename P>
  friend class btree_iterator;
  friend class BtreeNodePeer;
  friend struct btree_access;
};

template <typename Node>
bool AreNodesFromSameContainer(const Node *node_a, const Node *node_b) {
  // If either node is null, then give up on checking whether they're from the
  // same container. (If exactly one is null, then we'll trigger the
  // default-constructed assert in Equals.)
  if (node_a == nullptr || node_b == nullptr) return true;
  while (!node_a->is_root()) node_a = node_a->parent();
  while (!node_b->is_root()) node_b = node_b->parent();
  return node_a == node_b;
}

class btree_iterator_generation_info_enabled {
 public:
  explicit btree_iterator_generation_info_enabled(uint32_t g)
      : generation_(g) {}

  // Updates the generation. For use internally right before we return an
  // iterator to the user.
  template <typename Node>
  void update_generation(const Node *node) {
    if (node != nullptr) generation_ = node->generation();
  }
  uint32_t generation() const { return generation_; }

  template <typename Node>
  void assert_valid_generation(const Node *node) const {
    if (node != nullptr && node->generation() != generation_) {
      ABSL_INTERNAL_LOG(
          FATAL,
          "Attempting to use an invalidated iterator. The corresponding b-tree "
          "container has been mutated since this iterator was constructed.");
    }
  }

 private:
  // Used to check that the iterator hasn't been invalidated.
  uint32_t generation_;
};

class btree_iterator_generation_info_disabled {
 public:
  explicit btree_iterator_generation_info_disabled(uint32_t) {}
  static void update_generation(const void *) {}
  static uint32_t generation() { return 0; }
  static void assert_valid_generation(const void *) {}
};

#ifdef ABSL_BTREE_ENABLE_GENERATIONS
using btree_iterator_generation_info = btree_iterator_generation_info_enabled;
#else
using btree_iterator_generation_info = btree_iterator_generation_info_disabled;
#endif

template <typename Node, typename Reference, typename Pointer>
class btree_iterator : private btree_iterator_generation_info {
  using field_type = typename Node::field_type;
  using key_type = typename Node::key_type;
  using size_type = typename Node::size_type;
  using params_type = typename Node::params_type;
  using is_map_container = typename params_type::is_map_container;

  using node_type = Node;
  using normal_node = typename std::remove_const<Node>::type;
  using const_node = const Node;
  using normal_pointer = typename params_type::pointer;
  using normal_reference = typename params_type::reference;
  using const_pointer = typename params_type::const_pointer;
  using const_reference = typename params_type::const_reference;
  using slot_type = typename params_type::slot_type;

  // In sets, all iterators are const.
  using iterator = absl::conditional_t<
      is_map_container::value,
      btree_iterator<normal_node, normal_reference, normal_pointer>,
      btree_iterator<normal_node, const_reference, const_pointer>>;
  using const_iterator =
      btree_iterator<const_node, const_reference, const_pointer>;

 public:
  // These aliases are public for std::iterator_traits.
  using difference_type = typename Node::difference_type;
  using value_type = typename params_type::value_type;
  using pointer = Pointer;
  using reference = Reference;
  using iterator_category = std::bidirectional_iterator_tag;

  btree_iterator() : btree_iterator(nullptr, -1) {}
  explicit btree_iterator(Node *n) : btree_iterator(n, n->start()) {}
  btree_iterator(Node *n, int p)
      : btree_iterator_generation_info(n != nullptr ? n->generation()
                                                    : ~uint32_t{}),
        node_(n),
        position_(p) {}

  // NOTE: this SFINAE allows for implicit conversions from iterator to
  // const_iterator, but it specifically avoids hiding the copy constructor so
  // that the trivial one will be used when possible.
  template <typename N, typename R, typename P,
            absl::enable_if_t<
                std::is_same<btree_iterator<N, R, P>, iterator>::value &&
                    std::is_same<btree_iterator, const_iterator>::value,
                int> = 0>
  btree_iterator(const btree_iterator<N, R, P> other)  // NOLINT
      : btree_iterator_generation_info(other),
        node_(other.node_),
        position_(other.position_) {}

  bool operator==(const iterator &other) const {
    return Equals(other);
  }
  bool operator==(const const_iterator &other) const {
    return Equals(other);
  }
  bool operator!=(const iterator &other) const {
    return !Equals(other);
  }
  bool operator!=(const const_iterator &other) const {
    return !Equals(other);
  }

  // Returns n such that n calls to ++other yields *this.
  // Precondition: n exists.
  difference_type operator-(const_iterator other) const {
    if (node_ == other.node_) {
      if (node_->is_leaf()) return position_ - other.position_;
      if (position_ == other.position_) return 0;
    }
    return distance_slow(other);
  }

  // Accessors for the key/value the iterator is pointing at.
  reference operator*() const {
    ABSL_HARDENING_ASSERT(node_ != nullptr);
    assert_valid_generation(node_);
    ABSL_HARDENING_ASSERT(position_ >= node_->start());
    if (position_ >= node_->finish()) {
      ABSL_HARDENING_ASSERT(!IsEndIterator() && "Dereferencing end() iterator");
      ABSL_HARDENING_ASSERT(position_ < node_->finish());
    }
    return node_->value(static_cast<field_type>(position_));
  }
  pointer operator->() const { return &operator*(); }

  btree_iterator &operator++() {
    increment();
    return *this;
  }
  btree_iterator &operator--() {
    decrement();
    return *this;
  }
  btree_iterator operator++(int) {
    btree_iterator tmp = *this;
    ++*this;
    return tmp;
  }
  btree_iterator operator--(int) {
    btree_iterator tmp = *this;
    --*this;
    return tmp;
  }

 private:
  friend iterator;
  friend const_iterator;
  template <typename Params>
  friend class btree;
  template <typename Tree>
  friend class btree_container;
  template <typename Tree>
  friend class btree_set_container;
  template <typename Tree>
  friend class btree_map_container;
  template <typename Tree>
  friend class btree_multiset_container;
  template <typename TreeType, typename CheckerType>
  friend class base_checker;
  friend struct btree_access;

  // This SFINAE allows explicit conversions from const_iterator to
  // iterator, but also avoids hiding the copy constructor.
  // NOTE: the const_cast is safe because this constructor is only called by
  // non-const methods and the container owns the nodes.
  template <typename N, typename R, typename P,
            absl::enable_if_t<
                std::is_same<btree_iterator<N, R, P>, const_iterator>::value &&
                    std::is_same<btree_iterator, iterator>::value,
                int> = 0>
  explicit btree_iterator(const btree_iterator<N, R, P> other)
      : btree_iterator_generation_info(other.generation()),
        node_(const_cast<node_type *>(other.node_)),
        position_(other.position_) {}

  bool Equals(const const_iterator other) const {
    ABSL_HARDENING_ASSERT(((node_ == nullptr && other.node_ == nullptr) ||
                           (node_ != nullptr && other.node_ != nullptr)) &&
                          "Comparing default-constructed iterator with "
                          "non-default-constructed iterator.");
    // Note: we use assert instead of ABSL_HARDENING_ASSERT here because this
    // changes the complexity of Equals from O(1) to O(log(N) + log(M)) where
    // N/M are sizes of the containers containing node_/other.node_.
    assert(AreNodesFromSameContainer(node_, other.node_) &&
           "Comparing iterators from different containers.");
    assert_valid_generation(node_);
    other.assert_valid_generation(other.node_);
    return node_ == other.node_ && position_ == other.position_;
  }

  bool IsEndIterator() const {
    if (position_ != node_->finish()) return false;
    node_type *node = node_;
    while (!node->is_root()) {
      if (node->position() != node->parent()->finish()) return false;
      node = node->parent();
    }
    return true;
  }

  // Returns n such that n calls to ++other yields *this.
  // Precondition: n exists && (this->node_ != other.node_ ||
  // !this->node_->is_leaf() || this->position_ != other.position_).
  difference_type distance_slow(const_iterator other) const;

  // Increment/decrement the iterator.
  void increment() {
    assert_valid_generation(node_);
    if (node_->is_leaf() && ++position_ < node_->finish()) {
      return;
    }
    increment_slow();
  }
  void increment_slow();

  void decrement() {
    assert_valid_generation(node_);
    if (node_->is_leaf() && --position_ >= node_->start()) {
      return;
    }
    decrement_slow();
  }
  void decrement_slow();

  const key_type &key() const {
    return node_->key(static_cast<size_type>(position_));
  }
  decltype(std::declval<Node *>()->slot(0)) slot() {
    return node_->slot(static_cast<size_type>(position_));
  }

  void update_generation() {
    btree_iterator_generation_info::update_generation(node_);
  }

  // The node in the tree the iterator is pointing at.
  Node *node_;
  // The position within the node of the tree the iterator is pointing at.
  // NOTE: this is an int rather than a field_type because iterators can point
  // to invalid positions (such as -1) in certain circumstances.
  int position_;
};

template <typename Params>
class btree {
  using node_type = btree_node<Params>;
  using is_key_compare_to = typename Params::is_key_compare_to;
  using field_type = typename node_type::field_type;

  // We use a static empty node for the root/leftmost/rightmost of empty btrees
  // in order to avoid branching in begin()/end().
  struct EmptyNodeType : node_type {
    using field_type = typename node_type::field_type;
    node_type *parent;
#ifdef ABSL_BTREE_ENABLE_GENERATIONS
    uint32_t generation = 0;
#endif
    field_type position = 0;
    field_type start = 0;
    field_type finish = 0;
    // max_count must be != kInternalNodeMaxCount (so that this node is regarded
    // as a leaf node). max_count() is never called when the tree is empty.
    field_type max_count = node_type::kInternalNodeMaxCount + 1;

    constexpr EmptyNodeType() : parent(this) {}
  };

  static node_type *EmptyNode() {
    alignas(node_type::Alignment()) static constexpr EmptyNodeType empty_node;
    return const_cast<EmptyNodeType *>(&empty_node);
  }

  enum : uint32_t {
    kNodeSlots = node_type::kNodeSlots,
    kMinNodeValues = kNodeSlots / 2,
  };

  struct node_stats {
    using size_type = typename Params::size_type;

    node_stats(size_type l, size_type i) : leaf_nodes(l), internal_nodes(i) {}

    node_stats &operator+=(const node_stats &other) {
      leaf_nodes += other.leaf_nodes;
      internal_nodes += other.internal_nodes;
      return *this;
    }

    size_type leaf_nodes;
    size_type internal_nodes;
  };

 public:
  using key_type = typename Params::key_type;
  using value_type = typename Params::value_type;
  using size_type = typename Params::size_type;
  using difference_type = typename Params::difference_type;
  using key_compare = typename Params::key_compare;
  using original_key_compare = typename Params::original_key_compare;
  using value_compare = typename Params::value_compare;
  using allocator_type = typename Params::allocator_type;
  using reference = typename Params::reference;
  using const_reference = typename Params::const_reference;
  using pointer = typename Params::pointer;
  using const_pointer = typename Params::const_pointer;
  using iterator =
      typename btree_iterator<node_type, reference, pointer>::iterator;
  using const_iterator = typename iterator::const_iterator;
  using reverse_iterator = std::reverse_iterator<iterator>;
  using const_reverse_iterator = std::reverse_iterator<const_iterator>;
  using node_handle_type = node_handle<Params, Params, allocator_type>;

  // Internal types made public for use by btree_container types.
  using params_type = Params;
  using slot_type = typename Params::slot_type;

 private:
  // Copies or moves (depending on the template parameter) the values in
  // other into this btree in their order in other. This btree must be empty
  // before this method is called. This method is used in copy construction,
  // copy assignment, and move assignment.
  template <typename Btree>
  void copy_or_move_values_in_order(Btree &other);

  // Validates that various assumptions/requirements are true at compile time.
  constexpr static bool static_assert_validation();

 public:
  btree(const key_compare &comp, const allocator_type &alloc)
      : root_(EmptyNode()), rightmost_(comp, alloc, EmptyNode()), size_(0) {}

  btree(const btree &other) : btree(other, other.allocator()) {}
  btree(const btree &other, const allocator_type &alloc)
      : btree(other.key_comp(), alloc) {
    copy_or_move_values_in_order(other);
  }
  btree(btree &&other) noexcept
      : root_(std::exchange(other.root_, EmptyNode())),
        rightmost_(std::move(other.rightmost_)),
        size_(std::exchange(other.size_, 0u)) {
    other.mutable_rightmost() = EmptyNode();
  }
  btree(btree &&other, const allocator_type &alloc)
      : btree(other.key_comp(), alloc) {
    if (alloc == other.allocator()) {
      swap(other);
    } else {
      // Move values from `other` one at a time when allocators are different.
      copy_or_move_values_in_order(other);
    }
  }

  ~btree() {
    // Put static_asserts in destructor to avoid triggering them before the type
    // is complete.
    static_assert(static_assert_validation(), "This call must be elided.");
    clear();
  }

  // Assign the contents of other to *this.
  btree &operator=(const btree &other);
  btree &operator=(btree &&other) noexcept;

  iterator begin() { return iterator(leftmost()); }
  const_iterator begin() const { return const_iterator(leftmost()); }
  iterator end() { return iterator(rightmost(), rightmost()->finish()); }
  const_iterator end() const {
    return const_iterator(rightmost(), rightmost()->finish());
  }
  reverse_iterator rbegin() { return reverse_iterator(end()); }
  const_reverse_iterator rbegin() const {
    return const_reverse_iterator(end());
  }
  reverse_iterator rend() { return reverse_iterator(begin()); }
  const_reverse_iterator rend() const {
    return const_reverse_iterator(begin());
  }

  // Finds the first element whose key is not less than `key`.
  template <typename K>
  iterator lower_bound(const K &key) {
    return internal_end(internal_lower_bound(key).value);
  }
  template <typename K>
  const_iterator lower_bound(const K &key) const {
    return internal_end(internal_lower_bound(key).value);
  }

  // Finds the first element whose key is not less than `key` and also returns
  // whether that element is equal to `key`.
  template <typename K>
  std::pair<iterator, bool> lower_bound_equal(const K &key) const;

  // Finds the first element whose key is greater than `key`.
  template <typename K>
  iterator upper_bound(const K &key) {
    return internal_end(internal_upper_bound(key));
  }
  template <typename K>
  const_iterator upper_bound(const K &key) const {
    return internal_end(internal_upper_bound(key));
  }

  // Finds the range of values which compare equal to key. The first member of
  // the returned pair is equal to lower_bound(key). The second member of the
  // pair is equal to upper_bound(key).
  template <typename K>
  std::pair<iterator, iterator> equal_range(const K &key);
  template <typename K>
  std::pair<const_iterator, const_iterator> equal_range(const K &key) const {
    return const_cast<btree *>(this)->equal_range(key);
  }

  // Inserts a value into the btree only if it does not already exist. The
  // boolean return value indicates whether insertion succeeded or failed.
  // Requirement: if `key` already exists in the btree, does not consume `args`.
  // Requirement: `key` is never referenced after consuming `args`.
  template <typename K, typename... Args>
  std::pair<iterator, bool> insert_unique(const K &key, Args &&...args);

  // Inserts with hint. Checks to see if the value should be placed immediately
  // before `position` in the tree. If so, then the insertion will take
  // amortized constant time. If not, the insertion will take amortized
  // logarithmic time as if a call to insert_unique() were made.
  // Requirement: if `key` already exists in the btree, does not consume `args`.
  // Requirement: `key` is never referenced after consuming `args`.
  template <typename K, typename... Args>
  std::pair<iterator, bool> insert_hint_unique(iterator position, const K &key,
                                               Args &&...args);

  // Insert a range of values into the btree.
  // Note: the first overload avoids constructing a value_type if the key
  // already exists in the btree.
  template <typename InputIterator,
            typename = decltype(std::declval<const key_compare &>()(
                params_type::key(*std::declval<InputIterator>()),
                std::declval<const key_type &>()))>
  void insert_iterator_unique(InputIterator b, InputIterator e, int);
  // We need the second overload for cases in which we need to construct a
  // value_type in order to compare it with the keys already in the btree.
  template <typename InputIterator>
  void insert_iterator_unique(InputIterator b, InputIterator e, char);

  // Inserts a value into the btree.
  template <typename ValueType>
  iterator insert_multi(const key_type &key, ValueType &&v);

  // Inserts a value into the btree.
  template <typename ValueType>
  iterator insert_multi(ValueType &&v) {
    return insert_multi(params_type::key(v), std::forward<ValueType>(v));
  }

  // Insert with hint. Check to see if the value should be placed immediately
  // before position in the tree. If it does, then the insertion will take
  // amortized constant time. If not, the insertion will take amortized
  // logarithmic time as if a call to insert_multi(v) were made.
  template <typename ValueType>
  iterator insert_hint_multi(iterator position, ValueType &&v);

  // Insert a range of values into the btree.
  template <typename InputIterator>
  void insert_iterator_multi(InputIterator b,
                             InputIterator e);

  // Erase the specified iterator from the btree. The iterator must be valid
  // (i.e. not equal to end()).  Return an iterator pointing to the node after
  // the one that was erased (or end() if none exists).
  // Requirement: does not read the value at `*iter`.
  iterator erase(iterator iter);

  // Erases range. Returns the number of keys erased and an iterator pointing
  // to the element after the last erased element.
  std::pair<size_type, iterator> erase_range(iterator begin, iterator end);

  // Finds an element with key equivalent to `key` or returns `end()` if `key`
  // is not present.
  template <typename K>
  iterator find(const K &key) {
    return internal_end(internal_find(key));
  }
  template <typename K>
  const_iterator find(const K &key) const {
    return internal_end(internal_find(key));
  }

  // Clear the btree, deleting all of the values it contains.
  void clear();

  // Swaps the contents of `this` and `other`.
  void swap(btree &other);

  const key_compare &key_comp() const noexcept {
    return rightmost_.template get<0>();
  }
  template <typename K1, typename K2>
  bool compare_keys(const K1 &a, const K2 &b) const {
    return compare_internal::compare_result_as_less_than(key_comp()(a, b));
  }

  value_compare value_comp() const {
    return value_compare(original_key_compare(key_comp()));
  }

  // Verifies the structure of the btree.
  void verify() const;

  // Size routines.
  size_type size() const { return size_; }
  size_type max_size() const { return (std::numeric_limits<size_type>::max)(); }
  bool empty() const { return size_ == 0; }

  // The height of the btree. An empty tree will have height 0.
  size_type height() const {
    size_type h = 0;
    if (!empty()) {
      // Count the length of the chain from the leftmost node up to the
      // root. We actually count from the root back around to the level below
      // the root, but the calculation is the same because of the circularity
      // of that traversal.
      const node_type *n = root();
      do {
        ++h;
        n = n->parent();
      } while (n != root());
    }
    return h;
  }

  // The number of internal, leaf and total nodes used by the btree.
  size_type leaf_nodes() const { return internal_stats(root()).leaf_nodes; }
  size_type internal_nodes() const {
    return internal_stats(root()).internal_nodes;
  }
  size_type nodes() const {
    node_stats stats = internal_stats(root());
    return stats.leaf_nodes + stats.internal_nodes;
  }

  // The total number of bytes used by the btree.
  // TODO(b/169338300): update to support node_btree_*.
  size_type bytes_used() const {
    node_stats stats = internal_stats(root());
    if (stats.leaf_nodes == 1 && stats.internal_nodes == 0) {
      return sizeof(*this) + node_type::LeafSize(root()->max_count());
    } else {
      return sizeof(*this) + stats.leaf_nodes * node_type::LeafSize() +
             stats.internal_nodes * node_type::InternalSize();
    }
  }

  // The average number of bytes used per value stored in the btree assuming
  // random insertion order.
  static double average_bytes_per_value() {
    // The expected number of values per node with random insertion order is the
    // average of the maximum and minimum numbers of values per node.
    const double expected_values_per_node = (kNodeSlots + kMinNodeValues) / 2.0;
    return node_type::LeafSize() / expected_values_per_node;
  }

  // The fullness of the btree. Computed as the number of elements in the btree
  // divided by the maximum number of elements a tree with the current number
  // of nodes could hold. A value of 1 indicates perfect space
  // utilization. Smaller values indicate space wastage.
  // Returns 0 for empty trees.
  double fullness() const {
    if (empty()) return 0.0;
    return static_cast<double>(size()) / (nodes() * kNodeSlots);
  }
  // The overhead of the btree structure in bytes per node. Computed as the
  // total number of bytes used by the btree minus the number of bytes used for
--> --------------------

--> maximum size reached

--> --------------------