Reorder NodeManager class according to code guidelines. (#7873)
authorAina Niemetz <aina.niemetz@gmail.com>
Tue, 4 Jan 2022 20:15:53 +0000 (12:15 -0800)
committerGitHub <noreply@github.com>
Tue, 4 Jan 2022 20:15:53 +0000 (20:15 +0000)
This only moves code, and removes some redundant inline keywords.

src/expr/node_manager_template.h

index 0730773444ee1a75a851b0deb12808ddd9cb5556..5e562c18eb9449d6ebdcd0e32869c87a51434488 100644 (file)
@@ -66,6 +66,25 @@ class NodeManager
   friend class NodeBuilder;
 
  public:
+  /**
+   * Bits for use in mkDatatypeType() flags.
+   *
+   * DATATYPE_FLAG_PLACEHOLDER indicates that the type should not be printed
+   * out as a definition, for example, in models or during dumping.
+   */
+  enum
+  {
+    DATATYPE_FLAG_NONE = 0,
+    DATATYPE_FLAG_PLACEHOLDER = 1
+  }; /* enum */
+
+  /** Bits for use in mkSort() flags. */
+  enum
+  {
+    SORT_FLAG_NONE = 0,
+    SORT_FLAG_PLACEHOLDER = 1
+  }; /* enum */
+
   /**
    * Return true if given kind is n-ary. The test is based on n-ary kinds
    * having their maximal arity as the maximal possible number of children
@@ -85,305 +104,455 @@ class NodeManager
     return Node(tn.d_nv->getOperator());
   }
 
- private:
-  /**
-   * Instead of creating an instance using the constructor,
-   * `NodeManager::currentNM()` should be used to retrieve an instance of
-   * `NodeManager`.
-   */
-  explicit NodeManager();
-  ~NodeManager();
+  /** The node manager in the current public-facing cvc5 library context */
+  static NodeManager* currentNM();
 
-  /** Predicate for use with STL algorithms */
-  struct NodeValueReferenceCountNonZero {
-    bool operator()(expr::NodeValue* nv) { return nv->d_rc > 0; }
-  };
+  /** Get a Kind from an operator expression */
+  static Kind operatorToKind(TNode n);
 
-  typedef std::unordered_set<expr::NodeValue*,
-                             expr::NodeValuePoolHashFunction,
-                             expr::NodeValuePoolEq> NodeValuePool;
-  typedef std::unordered_set<expr::NodeValue*,
-                             expr::NodeValueIDHashFunction,
-                             expr::NodeValueIDEquality> NodeValueIDSet;
+  /** Get corresponding application kind for function
+   *
+   * Different functional nodes are applied differently, according to their
+   * type. For example, uninterpreted functions (of FUNCTION_TYPE) are applied
+   * via APPLY_UF, while constructors (of CONSTRUCTOR_TYPE) via
+   * APPLY_CONSTRUCTOR. This method provides the correct application according
+   * to which functional type fun has.
+   *
+   * @param fun The functional node
+   * @return the correct application kind for fun. If fun's type is not function
+   * like (see TypeNode::isFunctionLike), then UNDEFINED_KIND is returned.
+   */
+  static Kind getKindForFunction(TNode fun);
 
-  /** The skolem manager */
-  std::unique_ptr<SkolemManager> d_skManager;
-  /** The bound variable manager */
-  std::unique_ptr<BoundVarManager> d_bvManager;
+  /**
+   * Determine whether Nodes of a particular Kind have operators.
+   * @returns true if Nodes of Kind k have operators.
+   */
+  static bool hasOperator(Kind k);
 
-  NodeValuePool d_nodeValuePool;
+  /**
+   * Initialize the node manager by adding a null node to the pool and filling
+   * the caches for `operatorOf()`. This method must be called before using the
+   * NodeManager. This method may be called multiple times. Subsequent calls to
+   * this method have no effect.
+   */
+  void init();
 
-  bool d_initialized;
+  /** Get this node manager's skolem manager */
+  SkolemManager* getSkolemManager() { return d_skManager.get(); }
+  /** Get this node manager's bound variable manager */
+  BoundVarManager* getBoundVarManager() { return d_bvManager.get(); }
 
-  size_t next_id;
+  /** Reclaim zombies while there are more than k nodes in the pool (if
+   * possible).*/
+  void reclaimZombiesUntil(uint32_t k);
 
-  expr::attr::AttributeManager* d_attrManager;
+  /** Reclaims all zombies (if possible).*/
+  void reclaimAllZombies();
+
+  /** Size of the node pool. */
+  size_t poolSize() const;
 
   /**
-   * The node value we're currently freeing.  This unique node value
-   * is permitted to have outstanding TNodes to it (in "soft"
-   * contexts, like as a key in attribute tables), even though
-   * normally it's an error to have a TNode to a node value with a
-   * reference count of 0.  Being "under deletion" also enables
-   * assertions that inc() is not called on it.
+   * This function gives developers a hook into the NodeManager.
+   * This can be changed in node_manager.cpp without recompiling most of cvc5.
+   *
+   * debugHook is a debugging only function, and should not be present in
+   * any published code!
    */
-  expr::NodeValue* d_nodeUnderDeletion;
+  void debugHook(int debugFlag);
 
   /**
-   * True iff we are in reclaimZombies().  This avoids unnecessary
-   * recursion; a NodeValue being deleted might zombify other
-   * NodeValues, but these shouldn't trigger a (recursive) call to
-   * reclaimZombies().
+   * Return the datatype at the given index owned by this class. Type nodes are
+   * associated with datatypes through the DatatypeIndexConstant class. The
+   * argument index is intended to be a value taken from that class.
+   *
+   * Type nodes must access their DTypes through a level of indirection to
+   * prevent cycles in the Node AST (as DTypes themselves contain Nodes), which
+   * would lead to memory leaks. Thus TypeNode are given a DatatypeIndexConstant
+   * which is used as an index to retrieve the DType via this call.
    */
-  bool d_inReclaimZombies;
+  const DType& getDTypeForIndex(size_t index) const;
+
+  /** get the canonical bound variable list for function type tn */
+  Node getBoundVarListForFunctionType(TypeNode tn);
 
   /**
-   * The set of zombie nodes.  We may want to revisit this design, as
-   * we might like to delete nodes in least-recently-used order.  But
-   * we also need to avoid processing a zombie twice.
+   * Get the (singleton) operator of an OPERATOR-kinded kind.  The
+   * returned node n will have kind BUILTIN, and calling
+   * n.getConst<cvc5::Kind>() will yield k.
    */
-  NodeValueIDSet d_zombies;
+  TNode operatorOf(Kind k);
 
   /**
-   * NodeValues with maxed out reference counts. These live as long as the
-   * NodeManager. They have a custom deallocation procedure at the very end.
+   * Retrieve an attribute for a node.
+   *
+   * @param nv the node value
+   * @param attr an instance of the attribute kind to retrieve.
+   * @returns the attribute, if set, or a default-constructed
+   * <code>AttrKind::value_type</code> if not.
    */
-  std::vector<expr::NodeValue*> d_maxedOut;
+  template <class AttrKind>
+  inline typename AttrKind::value_type getAttribute(expr::NodeValue* nv,
+                                                    const AttrKind& attr) const;
 
   /**
-   * A set of operator singletons (w.r.t.  to this NodeManager
-   * instance) for operators.  Conceptually, Nodes with kind, say,
-   * PLUS, are APPLYs of a PLUS operator to arguments.  This array
-   * holds the set of operators for these things.  A PLUS operator is
-   * a Node with kind "BUILTIN", and if you call
-   * plusOperator->getConst<cvc5::Kind>(), you get kind::PLUS back.
+   * Check whether an attribute is set for a node.
+   *
+   * @param nv the node value
+   * @param attr an instance of the attribute kind to check
+   * @returns <code>true</code> iff <code>attr</code> is set for
+   * <code>nv</code>.
    */
-  Node d_operators[kind::LAST_KIND];
-
-  /** unique vars per (Kind,Type) */
-  std::map< Kind, std::map< TypeNode, Node > > d_unique_vars;
-
-  /** A list of datatypes owned by this node manager */
-  std::vector<std::unique_ptr<DType> > d_dtypes;
+  template <class AttrKind>
+  inline bool hasAttribute(expr::NodeValue* nv, const AttrKind& attr) const;
 
   /**
-   * A map of tuple and record types to their corresponding datatype.
+   * Check whether an attribute is set for a node, and, if so,
+   * retrieve it.
+   *
+   * @param nv the node value
+   * @param attr an instance of the attribute kind to check
+   * @param value a reference to an object of the attribute's value type.
+   * <code>value</code> will be set to the value of the attribute, if it is
+   * set for <code>nv</code>; otherwise, it will be set to the default
+   * value of the attribute.
+   * @returns <code>true</code> iff <code>attr</code> is set for
+   * <code>nv</code>.
    */
-  class TupleTypeCache {
-  public:
-    std::map< TypeNode, TupleTypeCache > d_children;
-    TypeNode d_data;
-    TypeNode getTupleType( NodeManager * nm, std::vector< TypeNode >& types, unsigned index = 0 );
-  };
-  class RecTypeCache {
-  public:
-    std::map< TypeNode, std::map< std::string, RecTypeCache > > d_children;
-    TypeNode d_data;
-    TypeNode getRecordType( NodeManager * nm, const Record& rec, unsigned index = 0 );
-  };
-  TupleTypeCache d_tt_cache;
-  RecTypeCache d_rt_cache;
+  template <class AttrKind>
+  inline bool getAttribute(expr::NodeValue* nv,
+                           const AttrKind& attr,
+                           typename AttrKind::value_type& value) const;
 
   /**
-   * Keep a count of all abstract values produced by this NodeManager.
-   * Abstract values have a type attribute, so if multiple SolverEngines
-   * are attached to this NodeManager, we don't want their abstract
-   * values to overlap.
+   * Set an attribute for a node.  If the node doesn't have the
+   * attribute, this function assigns one.  If the node has one, this
+   * overwrites it.
+   *
+   * @param nv the node value
+   * @param attr an instance of the attribute kind to set
+   * @param value the value of <code>attr</code> for <code>nv</code>
    */
-  unsigned d_abstractValueCount;
+  template <class AttrKind>
+  inline void setAttribute(expr::NodeValue* nv,
+                           const AttrKind& attr,
+                           const typename AttrKind::value_type& value);
 
   /**
-   * Look up a NodeValue in the pool associated to this NodeManager.
-   * The NodeValue argument need not be a "completely-constructed"
-   * NodeValue.  In particular, "non-inlined" constants are permitted
-   * (see below).
-   *
-   * For non-CONSTANT metakinds, nv's d_kind and d_nchildren should be
-   * correctly set, and d_children[0..n-1] should be valid (extant)
-   * NodeValues for lookup.
-   *
-   * For CONSTANT metakinds, nv's d_kind should be set correctly.
-   * Normally a CONSTANT would have d_nchildren == 0 and the constant
-   * value inlined in the d_children space.  However, here we permit
-   * "non-inlined" NodeValues to avoid unnecessary copying.  For
-   * these, d_nchildren == 1, and d_nchildren is a pointer to the
-   * constant value.
+   * Retrieve an attribute for a TNode.
    *
-   * The point of this complex design is to permit efficient lookups
-   * (without fully constructing a NodeValue).  In the case that the
-   * argument is not fully constructed, and this function returns
-   * NULL, the caller should fully construct an equivalent one before
-   * calling poolInsert().  NON-FULLY-CONSTRUCTED NODEVALUES are not
-   * permitted in the pool!
+   * @param n the node
+   * @param attr an instance of the attribute kind to retrieve.
+   * @returns the attribute, if set, or a default-constructed
+   * <code>AttrKind::value_type</code> if not.
    */
-  inline expr::NodeValue* poolLookup(expr::NodeValue* nv) const;
+  template <class AttrKind>
+  inline typename AttrKind::value_type getAttribute(TNode n,
+                                                    const AttrKind& attr) const;
 
   /**
-   * Insert a NodeValue into the NodeManager's pool.
+   * Check whether an attribute is set for a TNode.
    *
-   * It is an error to insert a NodeValue already in the pool.
-   * Enquire first with poolLookup().
+   * @param n the node
+   * @param attr an instance of the attribute kind to check
+   * @returns <code>true</code> iff <code>attr</code> is set for <code>n</code>.
    */
-  inline void poolInsert(expr::NodeValue* nv);
+  template <class AttrKind>
+  inline bool hasAttribute(TNode n, const AttrKind& attr) const;
 
   /**
-   * Remove a NodeValue from the NodeManager's pool.
+   * Check whether an attribute is set for a TNode and, if so, retieve
+   * it.
    *
-   * It is an error to request the removal of a NodeValue from the
-   * pool that is not in the pool.
+   * @param n the node
+   * @param attr an instance of the attribute kind to check
+   * @param value a reference to an object of the attribute's value type.
+   * <code>value</code> will be set to the value of the attribute, if it is
+   * set for <code>nv</code>; otherwise, it will be set to the default value of
+   * the attribute.
+   * @returns <code>true</code> iff <code>attr</code> is set for <code>n</code>.
    */
-  inline void poolRemove(expr::NodeValue* nv);
+  template <class AttrKind>
+  inline bool getAttribute(TNode n,
+                           const AttrKind& attr,
+                           typename AttrKind::value_type& value) const;
 
   /**
-   * Determine if nv is currently being deleted by the NodeManager.
+   * Set an attribute for a node.  If the node doesn't have the
+   * attribute, this function assigns one.  If the node has one, this
+   * overwrites it.
+   *
+   * @param n the node
+   * @param attr an instance of the attribute kind to set
+   * @param value the value of <code>attr</code> for <code>n</code>
    */
-  inline bool isCurrentlyDeleting(const expr::NodeValue* nv) const {
-    return d_nodeUnderDeletion == nv;
-  }
+  template <class AttrKind>
+  inline void setAttribute(TNode n,
+                           const AttrKind& attr,
+                           const typename AttrKind::value_type& value);
 
   /**
-   * Register a NodeValue as a zombie.
+   * Retrieve an attribute for a TypeNode.
+   *
+   * @param n the type node
+   * @param attr an instance of the attribute kind to retrieve.
+   * @returns the attribute, if set, or a default-constructed
+   * <code>AttrKind::value_type</code> if not.
    */
-  inline void markForDeletion(expr::NodeValue* nv) {
-    Assert(nv->d_rc == 0);
+  template <class AttrKind>
+  inline typename AttrKind::value_type getAttribute(TypeNode n,
+                                                    const AttrKind& attr) const;
 
-    // if d_reclaiming is set, make sure we don't call
-    // reclaimZombies(), because it's already running.
-    if(Debug.isOn("gc")) {
-      Debug("gc") << "zombifying node value " << nv
-                  << " [" << nv->d_id << "]: ";
-      nv->printAst(Debug("gc"));
-      Debug("gc") << (d_inReclaimZombies ? " [CURRENTLY-RECLAIMING]" : "")
-                  << std::endl;
-    }
+  /**
+   * Check whether an attribute is set for a TypeNode.
+   *
+   * @param n the type node
+   * @param attr an instance of the attribute kind to check
+   * @returns <code>true</code> iff <code>attr</code> is set for <code>n</code>.
+   */
+  template <class AttrKind>
+  inline bool hasAttribute(TypeNode n, const AttrKind& attr) const;
 
-    // `d_zombies` uses the node id to hash and compare nodes. If `d_zombies`
-    // already contains a node value with the same id as `nv`, but the pointers
-    // are different, then the wrong `NodeManager` was in scope for one of the
-    // two nodes when it reached refcount zero.
-    Assert(d_zombies.find(nv) == d_zombies.end() || *d_zombies.find(nv) == nv);
+  /**
+   * Check whether an attribute is set for a TypeNode and, if so, retieve
+   * it.
+   *
+   * @param n the type node
+   * @param attr an instance of the attribute kind to check
+   * @param value a reference to an object of the attribute's value type.
+   * <code>value</code> will be set to the value of the attribute, if it is
+   * set for <code>nv</code>; otherwise, it will be set to the default value of
+   * the attribute.
+   * @returns <code>true</code> iff <code>attr</code> is set for <code>n</code>.
+   */
+  template <class AttrKind>
+  inline bool getAttribute(TypeNode n,
+                           const AttrKind& attr,
+                           typename AttrKind::value_type& value) const;
 
-    d_zombies.insert(nv);
+  /**
+   * Set an attribute for a type node.  If the node doesn't have the
+   * attribute, this function assigns one.  If the type node has one,
+   * this overwrites it.
+   *
+   * @param n the type node
+   * @param attr an instance of the attribute kind to set
+   * @param value the value of <code>attr</code> for <code>n</code>
+   */
+  template <class AttrKind>
+  inline void setAttribute(TypeNode n,
+                           const AttrKind& attr,
+                           const typename AttrKind::value_type& value);
 
-    if(safeToReclaimZombies()) {
-      if(d_zombies.size() > 5000) {
-        reclaimZombies();
-      }
-    }
-  }
+  /** Deletes a list of attributes from the NM's AttributeManager.*/
+  void deleteAttributes(
+      const std::vector<const expr::attr::AttributeUniqueId*>& ids);
 
   /**
-   * Register a NodeValue as having a maxed out reference count. This NodeValue
-   * will live as long as its containing NodeManager.
+   * Get the type for the given node and optionally do type checking.
+   *
+   * Initial type computation will be near-constant time if
+   * type checking is not requested. Results are memoized, so that
+   * subsequent calls to getType() without type checking will be
+   * constant time.
+   *
+   * Initial type checking is linear in the size of the expression.
+   * Again, the results are memoized, so that subsequent calls to
+   * getType(), with or without type checking, will be constant
+   * time.
+   *
+   * NOTE: A TypeCheckingException can be thrown even when type
+   * checking is not requested. getType() will always return a
+   * valid and correct type and, thus, an exception will be thrown
+   * when no valid or correct type can be computed (e.g., if the
+   * arguments to a bit-vector operation aren't bit-vectors). When
+   * type checking is not requested, getType() will do the minimum
+   * amount of checking required to return a valid result.
+   *
+   * @param n the Node for which we want a type
+   * @param check whether we should check the type as we compute it
+   * (default: false)
    */
-  inline void markRefCountMaxedOut(expr::NodeValue* nv) {
-    Assert(nv->HasMaximizedReferenceCount());
-    if(Debug.isOn("gc")) {
-      Debug("gc") << "marking node value " << nv
-                  << " [" << nv->d_id << "]: as maxed out" << std::endl;
-    }
-    d_maxedOut.push_back(nv);
-  }
+  TypeNode getType(TNode n, bool check = false);
+
+  /** Get the (singleton) type for Booleans. */
+  TypeNode booleanType();
+
+  /** Get the (singleton) type for integers. */
+  TypeNode integerType();
+
+  /** Get the (singleton) type for reals. */
+  TypeNode realType();
+
+  /** Get the (singleton) type for strings. */
+  TypeNode stringType();
+
+  /** Get the (singleton) type for RegExp. */
+  TypeNode regExpType();
+
+  /** Get the (singleton) type for rounding modes. */
+  TypeNode roundingModeType();
+
+  /** Get the bound var list type. */
+  TypeNode boundVarListType();
+
+  /** Get the instantiation pattern type. */
+  TypeNode instPatternType();
+
+  /** Get the instantiation pattern type. */
+  TypeNode instPatternListType();
 
   /**
-   * Reclaim all zombies.
-   */
-  void reclaimZombies();
+   * Get the (singleton) type for builtin operators (that is, the type
+   * of the Node returned from Node::getOperator() when the operator
+   * is built-in, like EQUAL). */
+  TypeNode builtinOperatorType();
 
   /**
-   * It is safe to collect zombies.
+   * Make a function type from domain to range.
+   *
+   * @param domain the domain type
+   * @param range the range type
+   * @returns the functional type domain -> range
    */
-  bool safeToReclaimZombies() const;
+  TypeNode mkFunctionType(const TypeNode& domain, const TypeNode& range);
 
   /**
-   * Returns a reverse topological sort of a list of NodeValues. The NodeValues
-   * must be valid and have ids. The NodeValues are not modified (including ref
-   * counts).
+   * Make a function type with input types from
+   * argTypes. <code>argTypes</code> must have at least one element.
+   *
+   * @param argTypes the domain is a tuple (argTypes[0], ..., argTypes[n])
+   * @param range the range type
+   * @returns the functional type (argTypes[0], ..., argTypes[n]) -> range
    */
-  static std::vector<expr::NodeValue*> TopologicalSort(
-      const std::vector<expr::NodeValue*>& roots);
+  TypeNode mkFunctionType(const std::vector<TypeNode>& argTypes,
+                          const TypeNode& range);
 
   /**
-   * This template gives a mechanism to stack-allocate a NodeValue
-   * with enough space for N children (where N is a compile-time
-   * constant).  You use it like this:
-   *
-   *   NVStorage<4> nvStorage;
-   *   NodeValue& nvStack = reinterpret_cast<NodeValue&>(nvStorage);
+   * Make a function type with input types from
+   * <code>sorts[0..sorts.size()-2]</code> and result type
+   * <code>sorts[sorts.size()-1]</code>. <code>sorts</code> must have
+   * at least 2 elements.
    *
-   * ...and then you can use nvStack as a NodeValue that you know has
-   * room for 4 children.
+   * @param sorts The argument and range sort of the function type, where the
+   * range type is the last in this vector.
+   * @return the function type
    */
-  template <size_t N>
-  struct NVStorage {
-    expr::NodeValue nv;
-    expr::NodeValue* child[N];
-  };/* struct NodeManager::NVStorage<N> */
-
-  // undefined private copy constructor (disallow copy)
-  NodeManager(const NodeManager&) = delete;
+  TypeNode mkFunctionType(const std::vector<TypeNode>& sorts);
 
-  NodeManager& operator=(const NodeManager&) = delete;
+  /**
+   * Make a predicate type with input types from
+   * <code>sorts</code>. The result with be a function type with range
+   * <code>BOOLEAN</code>. <code>sorts</code> must have at least one
+   * element.
+   */
+  TypeNode mkPredicateType(const std::vector<TypeNode>& sorts);
 
   /**
-   * Create a variable with the given name and type.  NOTE that no
-   * lookup is done on the name.  If you mkVar("a", type) and then
-   * mkVar("a", type) again, you have two variables.  The NodeManager
-   * version of this is private to avoid internal uses of mkVar() from
-   * within cvc5.  Such uses should employ SkolemManager::mkSkolem() instead.
+   * Make a tuple type with types from
+   * <code>types</code>. <code>types</code> must have at least one
+   * element.
+   *
+   * @param types a vector of types
+   * @returns the tuple type (types[0], ..., types[n])
    */
-  Node mkVar(const std::string& name, const TypeNode& type);
+  TypeNode mkTupleType(const std::vector<TypeNode>& types);
 
-  /** Create a variable with the given type. */
-  Node mkVar(const TypeNode& type);
+  /**
+   * Make a record type with the description from rec.
+   *
+   * @param rec a description of the record
+   * @returns the record type
+   */
+  TypeNode mkRecordType(const Record& rec);
 
- public:
   /**
-   * Initialize the node manager by adding a null node to the pool and filling
-   * the caches for `operatorOf()`. This method must be called before using the
-   * NodeManager. This method may be called multiple times. Subsequent calls to
-   * this method have no effect.
+   * @returns the symbolic expression type
    */
-  void init();
+  TypeNode sExprType();
 
-  /** The node manager in the current public-facing cvc5 library context */
-  static NodeManager* currentNM();
-  /** Get this node manager's skolem manager */
-  SkolemManager* getSkolemManager() { return d_skManager.get(); }
-  /** Get this node manager's bound variable manager */
-  BoundVarManager* getBoundVarManager() { return d_bvManager.get(); }
+  /** Make the type of floating-point with <code>exp</code> bit exponent and
+      <code>sig</code> bit significand */
+  TypeNode mkFloatingPointType(unsigned exp, unsigned sig);
+  TypeNode mkFloatingPointType(FloatingPointSize fs);
+
+  /** Make the type of bitvectors of size <code>size</code> */
+  TypeNode mkBitVectorType(unsigned size);
+
+  /** Make the type of arrays with the given parameterization */
+  TypeNode mkArrayType(TypeNode indexType, TypeNode constituentType);
+
+  /** Make the type of set with the given parameterization */
+  TypeNode mkSetType(TypeNode elementType);
+
+  /** Make the type of bags with the given parameterization */
+  TypeNode mkBagType(TypeNode elementType);
+
+  /** Make the type of sequences with the given parameterization */
+  TypeNode mkSequenceType(TypeNode elementType);
+
+  /** Make a type representing the given datatype. */
+  TypeNode mkDatatypeType(DType& datatype, uint32_t flags = DATATYPE_FLAG_NONE);
 
   /**
-   * Return the datatype at the given index owned by this class. Type nodes are
-   * associated with datatypes through the DatatypeIndexConstant class. The
-   * argument index is intended to be a value taken from that class.
-   *
-   * Type nodes must access their DTypes through a level of indirection to
-   * prevent cycles in the Node AST (as DTypes themselves contain Nodes), which
-   * would lead to memory leaks. Thus TypeNode are given a DatatypeIndexConstant
-   * which is used as an index to retrieve the DType via this call.
+   * Make a set of types representing the given datatypes, which may be
+   * mutually recursive.
    */
-  const DType& getDTypeForIndex(size_t index) const;
-
-  /** Get a Kind from an operator expression */
-  static inline Kind operatorToKind(TNode n);
+  std::vector<TypeNode> mkMutualDatatypeTypes(
+      const std::vector<DType>& datatypes, uint32_t flags = DATATYPE_FLAG_NONE);
 
-  /** Get corresponding application kind for function
+  /**
+   * Make a set of types representing the given datatypes, which may
+   * be mutually recursive.  unresolvedTypes is a set of SortTypes
+   * that were used as placeholders in the Datatypes for the Datatypes
+   * of the same name.  This is just a more complicated version of the
+   * above mkMutualDatatypeTypes() function, but is required to handle
+   * complex types.
    *
-   * Different functional nodes are applied differently, according to their
-   * type. For example, uninterpreted functions (of FUNCTION_TYPE) are applied
-   * via APPLY_UF, while constructors (of CONSTRUCTOR_TYPE) via
-   * APPLY_CONSTRUCTOR. This method provides the correct application according
-   * to which functional type fun has.
+   * For example, unresolvedTypes might contain the single sort "list"
+   * (with that name reported from SortType::getName()).  The
+   * datatypes list might have the single datatype
    *
-   * @param fun The functional node
-   * @return the correct application kind for fun. If fun's type is not function
-   * like (see TypeNode::isFunctionLike), then UNDEFINED_KIND is returned.
+   *   DATATYPE
+   *     list = cons(car:ARRAY INT OF list, cdr:list) | nil;
+   *   END;
+   *
+   * To represent the Type of the array, the user had to create a
+   * placeholder type (an uninterpreted sort) to stand for "list" in
+   * the type of "car".  It is this placeholder sort that should be
+   * passed in unresolvedTypes.  If the datatype was of the simpler
+   * form:
+   *
+   *   DATATYPE
+   *     list = cons(car:list, cdr:list) | nil;
+   *   END;
+   *
+   * then no complicated Type needs to be created, and the above,
+   * simpler form of mkMutualDatatypeTypes() is enough.
    */
-  static Kind getKindForFunction(TNode fun);
+  std::vector<TypeNode> mkMutualDatatypeTypes(
+      const std::vector<DType>& datatypes,
+      const std::set<TypeNode>& unresolvedTypes,
+      uint32_t flags = DATATYPE_FLAG_NONE);
+
+  /**
+   * Make a type representing a constructor with the given argument (subfield)
+   * types and return type range.
+   */
+  TypeNode mkConstructorType(const std::vector<TypeNode>& args, TypeNode range);
+
+  /** Make a type representing a selector with the given parameterization */
+  TypeNode mkSelectorType(TypeNode domain, TypeNode range);
+
+  /** Make a type representing a tester with given parameterization */
+  TypeNode mkTesterType(TypeNode domain);
+
+  /** Make a type representing an updater with the given parameterization */
+  TypeNode mkDatatypeUpdateType(TypeNode domain, TypeNode range);
+
+  /* General expression-builders ------------------------------------------ */
 
-  // general expression-builders
-  //
   /** Create a node with no child. */
   Node mkNode(Kind kind);
 
@@ -478,9 +647,6 @@ class NodeManager
    */
   Node mkGroundValue(const TypeNode& tn);
 
-  /** get the canonical bound variable list for function type tn */
-  Node getBoundVarListForFunctionType( TypeNode tn );
-
   /**
    * Create an Node by applying an associative operator to the children.
    * If <code>children.size()</code> is greater than the max arity for
@@ -490,542 +656,393 @@ class NodeManager
    * 2, then calling <code>mkAssociative(FOO,a,b,c)</code> will return
    * <code>(FOO (FOO a b) c)</code> or <code>(FOO a (FOO b c))</code>.
    * The order of the arguments will be preserved in a left-to-right
-   * traversal of the resulting tree.
-   */
-  Node mkAssociative(Kind kind, const std::vector<Node>& children);
-
-  /**
-   * Create an Node by applying an binary left-associative operator to the
-   * children. For example, mkLeftAssociative( f, { a, b, c } ) returns
-   * f( f( a, b ), c ).
-   */
-  Node mkLeftAssociative(Kind kind, const std::vector<Node>& children);
-  /**
-   * Create an Node by applying an binary right-associative operator to the
-   * children. For example, mkRightAssociative( f, { a, b, c } ) returns
-   * f( a, f( b, c ) ).
-   */
-  Node mkRightAssociative(Kind kind, const std::vector<Node>& children);
-
-  /** make chain
-   *
-   * Given a kind k and arguments t_1, ..., t_n, this returns the
-   * conjunction of:
-   *  (k t_1 t_2) .... (k t_{n-1} t_n)
-   * It is expected that k is a kind denoting a predicate, and args is a list
-   * of terms of size >= 2 such that the terms above are well-typed.
-   */
-  Node mkChain(Kind kind, const std::vector<Node>& children);
-
-  /** Create a instantiation constant with the given type. */
-  Node mkInstConstant(const TypeNode& type);
-
-  /** Make a new abstract value with the given type. */
-  Node mkAbstractValue(const TypeNode& type);
-
-  /** make unique (per Type,Kind) variable. */
-  Node mkNullaryOperator(const TypeNode& type, Kind k);
-
-  /**
-  * Create a singleton set from the given element n.
-  * @param t the element type of the returned set.
-  *          Note that the type of n needs to be a subtype of t.
-  * @param n the single element in the singleton.
-  * @return a singleton set constructed from the element n.
-  */
-  Node mkSingleton(const TypeNode& t, const TNode n);
-
-  /**
-  * Create a bag from the given element n along with its multiplicity m.
-  * @param t the element type of the returned bag.
-  *          Note that the type of n needs to be a subtype of t.
-  * @param n the element that is used to to construct the bag
-  * @param m the multiplicity of the element n
-  * @return a bag that contains m occurrences of n.
-  */
-  Node mkBag(const TypeNode& t, const TNode n, const TNode m);
-
-  /**
-   * Create a constant of type T.  It will have the appropriate
-   * CONST_* kind defined for T.
-   */
-  template <class T>
-  Node mkConst(const T&);
-
-  /**
-   * Create a constant of type `T` with an explicit kind `k`.
-   */
-  template <class T>
-  Node mkConst(Kind k, const T&);
-
-  template <class T>
-  TypeNode mkTypeConst(const T&);
-
-  template <class NodeClass, class T>
-  NodeClass mkConstInternal(Kind k, const T&);
-
-  /**
-   * Make constant real. Returns constant of kind CONST_RATIONAL with Rational
-   * payload.
-   */
-  Node mkConstReal(const Rational& r);
-
-  /**
-   * Make constant real. Returns constant of kind CONST_INTEGER with Rational
-   * payload.
-   *
-   * !!! Note until subtypes are eliminated, this returns a constant of kind
-   * CONST_RATIONAL.
-   */
-  Node mkConstInt(const Rational& r);
-
-  /**
-   * Make constant real or int, which calls one of the above methods based
-   * on the type tn.
-   */
-  Node mkConstRealOrInt(const TypeNode& tn, const Rational& r);
-
-  /** Create a node with children. */
-  TypeNode mkTypeNode(Kind kind, TypeNode child1);
-  TypeNode mkTypeNode(Kind kind, TypeNode child1, TypeNode child2);
-  TypeNode mkTypeNode(Kind kind, TypeNode child1, TypeNode child2,
-                      TypeNode child3);
-  TypeNode mkTypeNode(Kind kind, const std::vector<TypeNode>& children);
-
-  /**
-   * Determine whether Nodes of a particular Kind have operators.
-   * @returns true if Nodes of Kind k have operators.
-   */
-  static bool hasOperator(Kind k);
-
-  /**
-   * Get the (singleton) operator of an OPERATOR-kinded kind.  The
-   * returned node n will have kind BUILTIN, and calling
-   * n.getConst<cvc5::Kind>() will yield k.
-   */
-  TNode operatorOf(Kind k);
-
-  /**
-   * Retrieve an attribute for a node.
-   *
-   * @param nv the node value
-   * @param attr an instance of the attribute kind to retrieve.
-   * @returns the attribute, if set, or a default-constructed
-   * <code>AttrKind::value_type</code> if not.
-   */
-  template <class AttrKind>
-  inline typename AttrKind::value_type getAttribute(expr::NodeValue* nv,
-                                                    const AttrKind& attr) const;
-
-  /**
-   * Check whether an attribute is set for a node.
-   *
-   * @param nv the node value
-   * @param attr an instance of the attribute kind to check
-   * @returns <code>true</code> iff <code>attr</code> is set for
-   * <code>nv</code>.
-   */
-  template <class AttrKind>
-  inline bool hasAttribute(expr::NodeValue* nv,
-                           const AttrKind& attr) const;
-
-  /**
-   * Check whether an attribute is set for a node, and, if so,
-   * retrieve it.
-   *
-   * @param nv the node value
-   * @param attr an instance of the attribute kind to check
-   * @param value a reference to an object of the attribute's value type.
-   * <code>value</code> will be set to the value of the attribute, if it is
-   * set for <code>nv</code>; otherwise, it will be set to the default
-   * value of the attribute.
-   * @returns <code>true</code> iff <code>attr</code> is set for
-   * <code>nv</code>.
+   * traversal of the resulting tree.
    */
-  template <class AttrKind>
-  inline bool getAttribute(expr::NodeValue* nv,
-                           const AttrKind& attr,
-                           typename AttrKind::value_type& value) const;
+  Node mkAssociative(Kind kind, const std::vector<Node>& children);
 
   /**
-   * Set an attribute for a node.  If the node doesn't have the
-   * attribute, this function assigns one.  If the node has one, this
-   * overwrites it.
-   *
-   * @param nv the node value
-   * @param attr an instance of the attribute kind to set
-   * @param value the value of <code>attr</code> for <code>nv</code>
+   * Create an Node by applying an binary left-associative operator to the
+   * children. For example, mkLeftAssociative( f, { a, b, c } ) returns
+   * f( f( a, b ), c ).
    */
-  template <class AttrKind>
-  inline void setAttribute(expr::NodeValue* nv,
-                           const AttrKind& attr,
-                           const typename AttrKind::value_type& value);
-
+  Node mkLeftAssociative(Kind kind, const std::vector<Node>& children);
   /**
-   * Retrieve an attribute for a TNode.
-   *
-   * @param n the node
-   * @param attr an instance of the attribute kind to retrieve.
-   * @returns the attribute, if set, or a default-constructed
-   * <code>AttrKind::value_type</code> if not.
+   * Create an Node by applying an binary right-associative operator to the
+   * children. For example, mkRightAssociative( f, { a, b, c } ) returns
+   * f( a, f( b, c ) ).
    */
-  template <class AttrKind>
-  inline typename AttrKind::value_type
-  getAttribute(TNode n, const AttrKind& attr) const;
+  Node mkRightAssociative(Kind kind, const std::vector<Node>& children);
 
-  /**
-   * Check whether an attribute is set for a TNode.
+  /** make chain
    *
-   * @param n the node
-   * @param attr an instance of the attribute kind to check
-   * @returns <code>true</code> iff <code>attr</code> is set for <code>n</code>.
+   * Given a kind k and arguments t_1, ..., t_n, this returns the
+   * conjunction of:
+   *  (k t_1 t_2) .... (k t_{n-1} t_n)
+   * It is expected that k is a kind denoting a predicate, and args is a list
+   * of terms of size >= 2 such that the terms above are well-typed.
    */
-  template <class AttrKind>
-  inline bool hasAttribute(TNode n,
-                           const AttrKind& attr) const;
+  Node mkChain(Kind kind, const std::vector<Node>& children);
+
+  /** Create a instantiation constant with the given type. */
+  Node mkInstConstant(const TypeNode& type);
+
+  /** Make a new abstract value with the given type. */
+  Node mkAbstractValue(const TypeNode& type);
+
+  /** make unique (per Type,Kind) variable. */
+  Node mkNullaryOperator(const TypeNode& type, Kind k);
 
   /**
-   * Check whether an attribute is set for a TNode and, if so, retieve
-   * it.
-   *
-   * @param n the node
-   * @param attr an instance of the attribute kind to check
-   * @param value a reference to an object of the attribute's value type.
-   * <code>value</code> will be set to the value of the attribute, if it is
-   * set for <code>nv</code>; otherwise, it will be set to the default value of
-   * the attribute.
-   * @returns <code>true</code> iff <code>attr</code> is set for <code>n</code>.
+   * Create a singleton set from the given element n.
+   * @param t the element type of the returned set.
+   *          Note that the type of n needs to be a subtype of t.
+   * @param n the single element in the singleton.
+   * @return a singleton set constructed from the element n.
    */
-  template <class AttrKind>
-  inline bool getAttribute(TNode n,
-                           const AttrKind& attr,
-                           typename AttrKind::value_type& value) const;
+  Node mkSingleton(const TypeNode& t, const TNode n);
 
   /**
-   * Set an attribute for a node.  If the node doesn't have the
-   * attribute, this function assigns one.  If the node has one, this
-   * overwrites it.
-   *
-   * @param n the node
-   * @param attr an instance of the attribute kind to set
-   * @param value the value of <code>attr</code> for <code>n</code>
+   * Create a bag from the given element n along with its multiplicity m.
+   * @param t the element type of the returned bag.
+   *          Note that the type of n needs to be a subtype of t.
+   * @param n the element that is used to to construct the bag
+   * @param m the multiplicity of the element n
+   * @return a bag that contains m occurrences of n.
    */
-  template <class AttrKind>
-  inline void setAttribute(TNode n,
-                           const AttrKind& attr,
-                           const typename AttrKind::value_type& value);
+  Node mkBag(const TypeNode& t, const TNode n, const TNode m);
 
   /**
-   * Retrieve an attribute for a TypeNode.
-   *
-   * @param n the type node
-   * @param attr an instance of the attribute kind to retrieve.
-   * @returns the attribute, if set, or a default-constructed
-   * <code>AttrKind::value_type</code> if not.
+   * Create a constant of type T.  It will have the appropriate
+   * CONST_* kind defined for T.
    */
-  template <class AttrKind>
-  inline typename AttrKind::value_type
-  getAttribute(TypeNode n, const AttrKind& attr) const;
+  template <class T>
+  Node mkConst(const T&);
 
   /**
-   * Check whether an attribute is set for a TypeNode.
-   *
-   * @param n the type node
-   * @param attr an instance of the attribute kind to check
-   * @returns <code>true</code> iff <code>attr</code> is set for <code>n</code>.
+   * Create a constant of type `T` with an explicit kind `k`.
    */
-  template <class AttrKind>
-  inline bool hasAttribute(TypeNode n,
-                           const AttrKind& attr) const;
+  template <class T>
+  Node mkConst(Kind k, const T&);
+
+  template <class T>
+  TypeNode mkTypeConst(const T&);
+
+  template <class NodeClass, class T>
+  NodeClass mkConstInternal(Kind k, const T&);
 
   /**
-   * Check whether an attribute is set for a TypeNode and, if so, retieve
-   * it.
-   *
-   * @param n the type node
-   * @param attr an instance of the attribute kind to check
-   * @param value a reference to an object of the attribute's value type.
-   * <code>value</code> will be set to the value of the attribute, if it is
-   * set for <code>nv</code>; otherwise, it will be set to the default value of
-   * the attribute.
-   * @returns <code>true</code> iff <code>attr</code> is set for <code>n</code>.
+   * Make constant real. Returns constant of kind CONST_RATIONAL with Rational
+   * payload.
    */
-  template <class AttrKind>
-  inline bool getAttribute(TypeNode n,
-                           const AttrKind& attr,
-                           typename AttrKind::value_type& value) const;
+  Node mkConstReal(const Rational& r);
 
   /**
-   * Set an attribute for a type node.  If the node doesn't have the
-   * attribute, this function assigns one.  If the type node has one,
-   * this overwrites it.
+   * Make constant real. Returns constant of kind CONST_INTEGER with Rational
+   * payload.
    *
-   * @param n the type node
-   * @param attr an instance of the attribute kind to set
-   * @param value the value of <code>attr</code> for <code>n</code>
+   * !!! Note until subtypes are eliminated, this returns a constant of kind
+   * CONST_RATIONAL.
    */
-  template <class AttrKind>
-  inline void setAttribute(TypeNode n,
-                           const AttrKind& attr,
-                           const typename AttrKind::value_type& value);
+  Node mkConstInt(const Rational& r);
 
-  /** Get the (singleton) type for Booleans. */
-  TypeNode booleanType();
+  /**
+   * Make constant real or int, which calls one of the above methods based
+   * on the type tn.
+   */
+  Node mkConstRealOrInt(const TypeNode& tn, const Rational& r);
 
-  /** Get the (singleton) type for integers. */
-  TypeNode integerType();
+  /** Create a node with children. */
+  TypeNode mkTypeNode(Kind kind, TypeNode child1);
+  TypeNode mkTypeNode(Kind kind, TypeNode child1, TypeNode child2);
+  TypeNode mkTypeNode(Kind kind,
+                      TypeNode child1,
+                      TypeNode child2,
+                      TypeNode child3);
+  TypeNode mkTypeNode(Kind kind, const std::vector<TypeNode>& children);
 
-  /** Get the (singleton) type for reals. */
-  TypeNode realType();
+  /** Make a new (anonymous) sort of arity 0. */
+  TypeNode mkSort(uint32_t flags = SORT_FLAG_NONE);
 
-  /** Get the (singleton) type for strings. */
-  TypeNode stringType();
+  /** Make a new sort with the given name of arity 0. */
+  TypeNode mkSort(const std::string& name, uint32_t flags = SORT_FLAG_NONE);
 
-  /** Get the (singleton) type for RegExp. */
-  TypeNode regExpType();
+  /** Make a new sort by parameterizing the given sort constructor. */
+  TypeNode mkSort(TypeNode constructor,
+                  const std::vector<TypeNode>& children,
+                  uint32_t flags = SORT_FLAG_NONE);
 
-  /** Get the (singleton) type for rounding modes. */
-  TypeNode roundingModeType();
+  /** Make a new sort with the given name and arity. */
+  TypeNode mkSortConstructor(const std::string& name,
+                             size_t arity,
+                             uint32_t flags = SORT_FLAG_NONE);
 
-  /** Get the bound var list type. */
-  TypeNode boundVarListType();
+ private:
+  typedef std::unordered_set<expr::NodeValue*,
+                             expr::NodeValuePoolHashFunction,
+                             expr::NodeValuePoolEq>
+      NodeValuePool;
+  typedef std::unordered_set<expr::NodeValue*,
+                             expr::NodeValueIDHashFunction,
+                             expr::NodeValueIDEquality>
+      NodeValueIDSet;
 
-  /** Get the instantiation pattern type. */
-  TypeNode instPatternType();
+  /** Predicate for use with STL algorithms */
+  struct NodeValueReferenceCountNonZero
+  {
+    bool operator()(expr::NodeValue* nv) { return nv->d_rc > 0; }
+  };
 
-  /** Get the instantiation pattern type. */
-  TypeNode instPatternListType();
+  /**
+   * This template gives a mechanism to stack-allocate a NodeValue
+   * with enough space for N children (where N is a compile-time
+   * constant).  You use it like this:
+   *
+   *   NVStorage<4> nvStorage;
+   *   NodeValue& nvStack = reinterpret_cast<NodeValue&>(nvStorage);
+   *
+   * ...and then you can use nvStack as a NodeValue that you know has
+   * room for 4 children.
+   */
+  template <size_t N>
+  struct NVStorage
+  {
+    expr::NodeValue nv;
+    expr::NodeValue* child[N];
+  }; /* struct NodeManager::NVStorage<N> */
 
   /**
-   * Get the (singleton) type for builtin operators (that is, the type
-   * of the Node returned from Node::getOperator() when the operator
-   * is built-in, like EQUAL). */
-  TypeNode builtinOperatorType();
+   * A map of tuple and record types to their corresponding datatype.
+   */
+  class TupleTypeCache
+  {
+   public:
+    std::map<TypeNode, TupleTypeCache> d_children;
+    TypeNode d_data;
+    TypeNode getTupleType(NodeManager* nm,
+                          std::vector<TypeNode>& types,
+                          unsigned index = 0);
+  };
+  class RecTypeCache
+  {
+   public:
+    std::map<TypeNode, std::map<std::string, RecTypeCache>> d_children;
+    TypeNode d_data;
+    TypeNode getRecordType(NodeManager* nm,
+                           const Record& rec,
+                           unsigned index = 0);
+  };
 
   /**
-   * Make a function type from domain to range.
-   *
-   * @param domain the domain type
-   * @param range the range type
-   * @returns the functional type domain -> range
+   * Returns a reverse topological sort of a list of NodeValues. The NodeValues
+   * must be valid and have ids. The NodeValues are not modified (including ref
+   * counts).
    */
-  TypeNode mkFunctionType(const TypeNode& domain,
-                          const TypeNode& range);
+  static std::vector<expr::NodeValue*> TopologicalSort(
+      const std::vector<expr::NodeValue*>& roots);
 
   /**
-   * Make a function type with input types from
-   * argTypes. <code>argTypes</code> must have at least one element.
-   *
-   * @param argTypes the domain is a tuple (argTypes[0], ..., argTypes[n])
-   * @param range the range type
-   * @returns the functional type (argTypes[0], ..., argTypes[n]) -> range
+   * Instead of creating an instance using the constructor,
+   * `NodeManager::currentNM()` should be used to retrieve an instance of
+   * `NodeManager`.
    */
-  TypeNode mkFunctionType(const std::vector<TypeNode>& argTypes,
-                          const TypeNode& range);
+  explicit NodeManager();
+  ~NodeManager();
+  // undefined private copy constructor (disallow copy)
+  NodeManager(const NodeManager&) = delete;
+  NodeManager& operator=(const NodeManager&) = delete;
 
   /**
-   * Make a function type with input types from
-   * <code>sorts[0..sorts.size()-2]</code> and result type
-   * <code>sorts[sorts.size()-1]</code>. <code>sorts</code> must have
-   * at least 2 elements.
+   * Look up a NodeValue in the pool associated to this NodeManager.
+   * The NodeValue argument need not be a "completely-constructed"
+   * NodeValue.  In particular, "non-inlined" constants are permitted
+   * (see below).
+   *
+   * For non-CONSTANT metakinds, nv's d_kind and d_nchildren should be
+   * correctly set, and d_children[0..n-1] should be valid (extant)
+   * NodeValues for lookup.
+   *
+   * For CONSTANT metakinds, nv's d_kind should be set correctly.
+   * Normally a CONSTANT would have d_nchildren == 0 and the constant
+   * value inlined in the d_children space.  However, here we permit
+   * "non-inlined" NodeValues to avoid unnecessary copying.  For
+   * these, d_nchildren == 1, and d_nchildren is a pointer to the
+   * constant value.
    *
-   * @param sorts The argument and range sort of the function type, where the
-   * range type is the last in this vector.
-   * @return the function type
+   * The point of this complex design is to permit efficient lookups
+   * (without fully constructing a NodeValue).  In the case that the
+   * argument is not fully constructed, and this function returns
+   * NULL, the caller should fully construct an equivalent one before
+   * calling poolInsert().  NON-FULLY-CONSTRUCTED NODEVALUES are not
+   * permitted in the pool!
    */
-  TypeNode mkFunctionType(const std::vector<TypeNode>& sorts);
+  expr::NodeValue* poolLookup(expr::NodeValue* nv) const;
 
   /**
-   * Make a predicate type with input types from
-   * <code>sorts</code>. The result with be a function type with range
-   * <code>BOOLEAN</code>. <code>sorts</code> must have at least one
-   * element.
+   * Insert a NodeValue into the NodeManager's pool.
+   *
+   * It is an error to insert a NodeValue already in the pool.
+   * Enquire first with poolLookup().
    */
-  TypeNode mkPredicateType(const std::vector<TypeNode>& sorts);
+  void poolInsert(expr::NodeValue* nv);
 
   /**
-   * Make a tuple type with types from
-   * <code>types</code>. <code>types</code> must have at least one
-   * element.
+   * Remove a NodeValue from the NodeManager's pool.
    *
-   * @param types a vector of types
-   * @returns the tuple type (types[0], ..., types[n])
+   * It is an error to request the removal of a NodeValue from the
+   * pool that is not in the pool.
    */
-  TypeNode mkTupleType(const std::vector<TypeNode>& types);
+  void poolRemove(expr::NodeValue* nv);
 
   /**
-   * Make a record type with the description from rec.
-   *
-   * @param rec a description of the record
-   * @returns the record type
+   * Determine if nv is currently being deleted by the NodeManager.
    */
-  TypeNode mkRecordType(const Record& rec);
+  inline bool isCurrentlyDeleting(const expr::NodeValue* nv) const
+  {
+    return d_nodeUnderDeletion == nv;
+  }
 
   /**
-   * @returns the symbolic expression type
+   * Register a NodeValue as a zombie.
    */
-  TypeNode sExprType();
-
-  /** Make the type of floating-point with <code>exp</code> bit exponent and
-      <code>sig</code> bit significand */
-  TypeNode mkFloatingPointType(unsigned exp, unsigned sig);
-  TypeNode mkFloatingPointType(FloatingPointSize fs);
-
-  /** Make the type of bitvectors of size <code>size</code> */
-  TypeNode mkBitVectorType(unsigned size);
+  inline void markForDeletion(expr::NodeValue* nv)
+  {
+    Assert(nv->d_rc == 0);
 
-  /** Make the type of arrays with the given parameterization */
-  inline TypeNode mkArrayType(TypeNode indexType, TypeNode constituentType);
+    // if d_reclaiming is set, make sure we don't call
+    // reclaimZombies(), because it's already running.
+    if (Debug.isOn("gc"))
+    {
+      Debug("gc") << "zombifying node value " << nv << " [" << nv->d_id
+                  << "]: ";
+      nv->printAst(Debug("gc"));
+      Debug("gc") << (d_inReclaimZombies ? " [CURRENTLY-RECLAIMING]" : "")
+                  << std::endl;
+    }
 
-  /** Make the type of set with the given parameterization */
-  inline TypeNode mkSetType(TypeNode elementType);
+    // `d_zombies` uses the node id to hash and compare nodes. If `d_zombies`
+    // already contains a node value with the same id as `nv`, but the pointers
+    // are different, then the wrong `NodeManager` was in scope for one of the
+    // two nodes when it reached refcount zero.
+    Assert(d_zombies.find(nv) == d_zombies.end() || *d_zombies.find(nv) == nv);
 
-  /** Make the type of bags with the given parameterization */
-  TypeNode mkBagType(TypeNode elementType);
+    d_zombies.insert(nv);
 
-  /** Make the type of sequences with the given parameterization */
-  TypeNode mkSequenceType(TypeNode elementType);
+    if (safeToReclaimZombies())
+    {
+      if (d_zombies.size() > 5000)
+      {
+        reclaimZombies();
+      }
+    }
+  }
 
-  /** Bits for use in mkDatatypeType() flags.
-   *
-   * DATATYPE_FLAG_PLACEHOLDER indicates that the type should not be printed
-   * out as a definition, for example, in models or during dumping.
+  /**
+   * Register a NodeValue as having a maxed out reference count. This NodeValue
+   * will live as long as its containing NodeManager.
    */
-  enum
+  inline void markRefCountMaxedOut(expr::NodeValue* nv)
   {
-    DATATYPE_FLAG_NONE = 0,
-    DATATYPE_FLAG_PLACEHOLDER = 1
-  }; /* enum */
-
-  /** Make a type representing the given datatype. */
-  TypeNode mkDatatypeType(DType& datatype, uint32_t flags = DATATYPE_FLAG_NONE);
+    Assert(nv->HasMaximizedReferenceCount());
+    if (Debug.isOn("gc"))
+    {
+      Debug("gc") << "marking node value " << nv << " [" << nv->d_id
+                  << "]: as maxed out" << std::endl;
+    }
+    d_maxedOut.push_back(nv);
+  }
 
   /**
-   * Make a set of types representing the given datatypes, which may be
-   * mutually recursive.
+   * Reclaim all zombies.
    */
-  std::vector<TypeNode> mkMutualDatatypeTypes(
-      const std::vector<DType>& datatypes, uint32_t flags = DATATYPE_FLAG_NONE);
+  void reclaimZombies();
 
   /**
-   * Make a set of types representing the given datatypes, which may
-   * be mutually recursive.  unresolvedTypes is a set of SortTypes
-   * that were used as placeholders in the Datatypes for the Datatypes
-   * of the same name.  This is just a more complicated version of the
-   * above mkMutualDatatypeTypes() function, but is required to handle
-   * complex types.
-   *
-   * For example, unresolvedTypes might contain the single sort "list"
-   * (with that name reported from SortType::getName()).  The
-   * datatypes list might have the single datatype
-   *
-   *   DATATYPE
-   *     list = cons(car:ARRAY INT OF list, cdr:list) | nil;
-   *   END;
-   *
-   * To represent the Type of the array, the user had to create a
-   * placeholder type (an uninterpreted sort) to stand for "list" in
-   * the type of "car".  It is this placeholder sort that should be
-   * passed in unresolvedTypes.  If the datatype was of the simpler
-   * form:
-   *
-   *   DATATYPE
-   *     list = cons(car:list, cdr:list) | nil;
-   *   END;
-   *
-   * then no complicated Type needs to be created, and the above,
-   * simpler form of mkMutualDatatypeTypes() is enough.
+   * It is safe to collect zombies.
    */
-  std::vector<TypeNode> mkMutualDatatypeTypes(
-      const std::vector<DType>& datatypes,
-      const std::set<TypeNode>& unresolvedTypes,
-      uint32_t flags = DATATYPE_FLAG_NONE);
+  bool safeToReclaimZombies() const;
 
   /**
-   * Make a type representing a constructor with the given argument (subfield)
-   * types and return type range.
+   * Create a variable with the given name and type.  NOTE that no
+   * lookup is done on the name.  If you mkVar("a", type) and then
+   * mkVar("a", type) again, you have two variables.  The NodeManager
+   * version of this is private to avoid internal uses of mkVar() from
+   * within cvc5.  Such uses should employ SkolemManager::mkSkolem() instead.
    */
-  TypeNode mkConstructorType(const std::vector<TypeNode>& args, TypeNode range);
+  Node mkVar(const std::string& name, const TypeNode& type);
 
-  /** Make a type representing a selector with the given parameterization */
-  TypeNode mkSelectorType(TypeNode domain, TypeNode range);
+  /** Create a variable with the given type. */
+  Node mkVar(const TypeNode& type);
 
-  /** Make a type representing a tester with given parameterization */
-  TypeNode mkTesterType(TypeNode domain);
+  /** The skolem manager */
+  std::unique_ptr<SkolemManager> d_skManager;
+  /** The bound variable manager */
+  std::unique_ptr<BoundVarManager> d_bvManager;
 
-  /** Make a type representing an updater with the given parameterization */
-  TypeNode mkDatatypeUpdateType(TypeNode domain, TypeNode range);
+  NodeValuePool d_nodeValuePool;
 
-  /** Bits for use in mkSort() flags. */
-  enum
-  {
-    SORT_FLAG_NONE = 0,
-    SORT_FLAG_PLACEHOLDER = 1
-  }; /* enum */
+  bool d_initialized;
 
-  /** Make a new (anonymous) sort of arity 0. */
-  TypeNode mkSort(uint32_t flags = SORT_FLAG_NONE);
+  size_t next_id;
 
-  /** Make a new sort with the given name of arity 0. */
-  TypeNode mkSort(const std::string& name, uint32_t flags = SORT_FLAG_NONE);
+  expr::attr::AttributeManager* d_attrManager;
 
-  /** Make a new sort by parameterizing the given sort constructor. */
-  TypeNode mkSort(TypeNode constructor,
-                  const std::vector<TypeNode>& children,
-                  uint32_t flags = SORT_FLAG_NONE);
+  /**
+   * The node value we're currently freeing.  This unique node value
+   * is permitted to have outstanding TNodes to it (in "soft"
+   * contexts, like as a key in attribute tables), even though
+   * normally it's an error to have a TNode to a node value with a
+   * reference count of 0.  Being "under deletion" also enables
+   * assertions that inc() is not called on it.
+   */
+  expr::NodeValue* d_nodeUnderDeletion;
 
-  /** Make a new sort with the given name and arity. */
-  TypeNode mkSortConstructor(const std::string& name,
-                             size_t arity,
-                             uint32_t flags = SORT_FLAG_NONE);
+  /**
+   * True iff we are in reclaimZombies().  This avoids unnecessary
+   * recursion; a NodeValue being deleted might zombify other
+   * NodeValues, but these shouldn't trigger a (recursive) call to
+   * reclaimZombies().
+   */
+  bool d_inReclaimZombies;
 
   /**
-   * Get the type for the given node and optionally do type checking.
-   *
-   * Initial type computation will be near-constant time if
-   * type checking is not requested. Results are memoized, so that
-   * subsequent calls to getType() without type checking will be
-   * constant time.
-   *
-   * Initial type checking is linear in the size of the expression.
-   * Again, the results are memoized, so that subsequent calls to
-   * getType(), with or without type checking, will be constant
-   * time.
-   *
-   * NOTE: A TypeCheckingException can be thrown even when type
-   * checking is not requested. getType() will always return a
-   * valid and correct type and, thus, an exception will be thrown
-   * when no valid or correct type can be computed (e.g., if the
-   * arguments to a bit-vector operation aren't bit-vectors). When
-   * type checking is not requested, getType() will do the minimum
-   * amount of checking required to return a valid result.
-   *
-   * @param n the Node for which we want a type
-   * @param check whether we should check the type as we compute it
-   * (default: false)
+   * The set of zombie nodes.  We may want to revisit this design, as
+   * we might like to delete nodes in least-recently-used order.  But
+   * we also need to avoid processing a zombie twice.
    */
-  TypeNode getType(TNode n, bool check = false);
+  NodeValueIDSet d_zombies;
 
-  /** Reclaim zombies while there are more than k nodes in the pool (if possible).*/
-  void reclaimZombiesUntil(uint32_t k);
+  /**
+   * NodeValues with maxed out reference counts. These live as long as the
+   * NodeManager. They have a custom deallocation procedure at the very end.
+   */
+  std::vector<expr::NodeValue*> d_maxedOut;
 
-  /** Reclaims all zombies (if possible).*/
-  void reclaimAllZombies();
+  /**
+   * A set of operator singletons (w.r.t.  to this NodeManager
+   * instance) for operators.  Conceptually, Nodes with kind, say,
+   * PLUS, are APPLYs of a PLUS operator to arguments.  This array
+   * holds the set of operators for these things.  A PLUS operator is
+   * a Node with kind "BUILTIN", and if you call
+   * plusOperator->getConst<cvc5::Kind>(), you get kind::PLUS back.
+   */
+  Node d_operators[kind::LAST_KIND];
 
-  /** Size of the node pool. */
-  size_t poolSize() const;
+  /** unique vars per (Kind,Type) */
+  std::map<Kind, std::map<TypeNode, Node>> d_unique_vars;
 
-  /** Deletes a list of attributes from the NM's AttributeManager.*/
-  void deleteAttributes(const std::vector< const expr::attr::AttributeUniqueId* >& ids);
+  /** A list of datatypes owned by this node manager */
+  std::vector<std::unique_ptr<DType>> d_dtypes;
+
+  TupleTypeCache d_tt_cache;
+  RecTypeCache d_rt_cache;
 
   /**
-   * This function gives developers a hook into the NodeManager.
-   * This can be changed in node_manager.cpp without recompiling most of cvc5.
-   *
-   * debugHook is a debugging only function, and should not be present in
-   * any published code!
+   * Keep a count of all abstract values produced by this NodeManager.
+   * Abstract values have a type attribute, so if multiple SolverEngines
+   * are attached to this NodeManager, we don't want their abstract
+   * values to overlap.
    */
-  void debugHook(int debugFlag);
+  uint32_t d_abstractValueCount;
 }; /* class NodeManager */
 
 inline TypeNode NodeManager::mkArrayType(TypeNode indexType,