• 【C++】Map、Set 模拟实现

    文章目录

    📕 概念

    map、set 是 C++ 中的关联式容器，由于 map 和set所开放的各种操作接口，RB-tree 也都提供了，所以几乎所有的 map 和set的操作行为，都只是转调 红黑树 的操作行为。

    关联式容器也是用来存储数据的，与序列式容器不同的是，其里面存储的是结构的键值对，在数据检索时比序列式容器效率更高。

    📕 实现

    框架

    map、set 一个很明显的区别就是，set 存储值，map存储键值对。

    set 的结构如下，只需要传入一个模板参数 K ，也就是其实际存储的值的数据类型。复用红黑树的时候，第二个参数就是 K 类型。

    #pragma once
#include"rb_tree.h"

namespace SetSimulate
{
	template<class K>
	class set
	{
		struct KeyOfT
		{
			const K& operator()(const K& k)
			{
				return k;
			}
		};

	public:

		typedef typename RBTree<K, K, KeyOfT>::const_iterator iterator;
		typedef typename RBTree<K, K, KeyOfT>::const_iterator const_iterator;
		

	private:
		RBTree<K, K, KeyOfT> _t;
	};
}

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22
    • 23
    • 24
    • 25
    • 26

    而 Map 就不一样了，要传入两个参数，第一个是 K（键值），第二个是 V （映射值）。实际存储的数据类型是 pair 。如下，复用红黑树的时候，将其第二个模板参数设为 pair 即可。

    #pragma once
#include"rb_tree.h"


namespace MapSimulate
{
	template<class K, class V>
	class map
	{
		struct MapOfKey
		{
			const K& operator()(const pair<const K, V>& kv)
			{
				return kv.first;
			}
		};

	public:
		typedef typename RBTree<K, pair<const K,V>, MapOfKey>::iterator iterator;
		typedef typename RBTree<K, pair<const K,V>, MapOfKey>::const_iterator const_iterator;
		typedef typename RBTree<K, pair<const K, V>, MapOfKey>::reverse_iterator reverse_iterator;
		typedef typename RBTree<K, pair<const K, V>, MapOfKey>::const_reverse_iterator const_reverse_iterator;


	private:
		RBTree<K, pair<const K, V>, MapOfKey> _t;
	};
}

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22
    • 23
    • 24
    • 25
    • 26
    • 27
    • 28

    关于 map、set 底层红黑树的第三个模板参数，分析上面的两段代码，实际上是取存储数据的 K 值。即，在 map 里面，由于存储的数据类型是 pair ，所以 MapOfKey 的作用是取到键值对里面 K 类型的数据；而 set 里面，由于存储的数据本身就是 K 类型，所以 SetOfKey 直接取到该类型的数据。

    至于为什么要这样，这是因为，map、set 是对红黑树的封装，如果仅仅实现 set ，可以不用给红黑树传入第三个模板参数，因为 set 里面存储 K 类型的数据，而红黑树插入、查找、删除等等操作里面，数据之间进行比较，本就是比较的 K 类型的数据，所以是一致的。
    但是，map 存储的是 pair ，由于map、set 是复用同一份红黑树代码，所以无法将代码直接改成适应 pair 的情况（这样就不适应 set 了）。所以，需要有一个统一的视角，来得到map、set 的数据里面的 K 值。

    当然，上面两端说起来比较抽象，接下来介绍一下 Find 封装，就不难理解了。

    Find()

    如下是红黑树底层实现 find 的代码。可以看到它在进行数据之间的比较时，是依靠 KeyOfT 实例化出的对象 kt ，取 kt(cur->_data) 。
    很显然，当容器无论为 set 还是 map， 红黑树中 find() 函数都依靠 K 类型的 val 来查找。可是， 红黑树的节点中， _data 存储的数据类型却不一样，map 中存储的是 pair，set 中存储的是 K。

    所以，这里就依靠红黑树的第三个模板参数 KeyOfT 实例化的对象 kt，其重载的 () 来取到 map、set 的 _data 里面的 K 值。这样就统一了。

    	template<class T>
	struct RBTreeNode
	{
		RBTreeNode<T>* _left;
		RBTreeNode<T>* _right;
		RBTreeNode<T>* _parent;
		T _data;
		Colour _col;

		RBTreeNode(const T& val)
			: _left(nullptr)
			, _right(nullptr)
			, _parent(nullptr)
			, _data(val)
			, _col(RED)
		{}
	};


	template<class K, class T, class KeyOfT>
	class RBTree
	{
		typedef struct RBTreeNode<T> Node;

	public:
		Node* find(const K& val)
		{
			KeyOfT kt;
			Node* cur = _root;
			while (cur)
			{
				if (val > kt(cur->_data))
				{
					cur = cur->_right;
				}
				else if (val < kt(cur->_data))
				{
					cur = cur->_left;
				}
				else
					return cur;
			}
			return nullptr;
		}
		
	private:
		Node* _root;
	};


    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22
    • 23
    • 24
    • 25
    • 26
    • 27
    • 28
    • 29
    • 30
    • 31
    • 32
    • 33
    • 34
    • 35
    • 36
    • 37
    • 38
    • 39
    • 40
    • 41
    • 42
    • 43
    • 44
    • 45
    • 46
    • 47
    • 48
    • 49

    如下，无论是 map 还是 set，都是直接调用红黑树的 find() ，然后封装成迭代器返回。

    iterator Find(const K& key)
		{
			Node* cur = _t.find(key);
			return iterator(cur);
		}

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5

    ★ 迭代器 ★

    如下，是迭代器的大体框架，主要依靠红黑树的节点指针来实现。

    重载 * 、->、!= 都比较简单，和 list 封装的迭代器类似。但是 ，重载 ++ 和 – 就需要一些独特的思路了！

    template<class T,class Ref,class Ptr>
	struct _RBTreeIterator
	{
		typedef RBTreeNode<T> Node;
		typedef _RBTreeIterator<T, Ref, Ptr> self;


		_RBTreeIterator(Node* node)
			:_node(node)
		{}

		// begin() 、 end() 处可见其效果
		_RBTreeIterator(const _RBTreeIterator<T, T&, T*> &it)
			:_node(it._node)
		{}


		Ref operator*()
		{
			return _node->_data;
		}

		bool operator!=(const self& s)
		{
			return this->_node != s._node;
		}

		Ptr operator->()
		{
			return &_node->_data;
		}

		self& operator++()
		{
			// 实现
			
			return *this;
		}

		self& operator--()
		{
			// 实现
			
			return *this;
		}
		
		Node* _node;
	};

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22
    • 23
    • 24
    • 25
    • 26
    • 27
    • 28
    • 29
    • 30
    • 31
    • 32
    • 33
    • 34
    • 35
    • 36
    • 37
    • 38
    • 39
    • 40
    • 41
    • 42
    • 43
    • 44
    • 45
    • 46
    • 47
    • 48

    operator++()

    对红黑树的遍历，和搜索二叉树是一样的，中序遍历。
    例如，现在某棵红黑树存储了1到10 的数据，使用迭代器遍历的结果必然是 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10。
    假设现在将存储 5 这个数据的节点，封装成迭代器 it。进行 ++it 操作之后，无疑 it 内部的节点指针，指向的是数据为 6 的节点。再 ++it，it 内部的结点指针就指向数据为 7 的节点。
    很明显，++ 操作，只需要考虑右边部分的结果（上面依次++it，实际上节点指针依次指向 6、7、8、9、10 ），不需要考虑 左边的部分（即 1-5 ）。

    这样就很清晰了，对于一个中序遍历的结果，对于某一个节点 X 的右边部分，分为两种情况：有数据是 X 的子节点（可能是部分，可能是全部）；没有数据是 X 的子节点。例如上面 5 这个结果，其右边部分6到10 里面，可能有数据是5的子节点，也可能没有。

    根据这两种情况来写代码。

    • 对于第一种情况——右边部分存在 X 的子节点。这就很容易了，由于是中序遍历，当前节点遍历完之后，就需要遍历其右子树。所以 ++ 操作，只要找到其右子树的最小节点即可。

    • 对于第二种情况，X 不存在右子树，那么必然是要往上找。如下图，假设一开始是图中左边的状态， 现在有 cur 、p 两个节点指针，而 cur 没有右子树，向上寻找， cur 在 p 的右边，这说明 p 已经遍历过了。
      再继续往上找，到了下图右边的状态，此时 cur 在 p 的左边，根据中序遍历规则，下一个要遍历的节点就是 此时的 p。

    请添加图片描述

    self& operator++()
		{
			// 右子树存在，先去右子树的第一个
			if (_node->_right)
			{
				Node* subleft=_node->_right;
				while (subleft->_left)
				{
					subleft = subleft->_left;
				}

				_node = subleft;
			}
			else // 右子树不存在，向上找
			{
				Node* cur = _node;
				Node* parent = _node->_parent;
				while (parent && parent->_right == cur)
				{
					cur = cur->_parent;
					parent = parent->_parent;
				}
				_node = parent;
			}
			
			return *this;
		}

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22
    • 23
    • 24
    • 25
    • 26
    • 27

    operator–()

    而 – 就是和 ++ 反过来了，遍历顺序是：右子树、根、左子树。所以，拿到某个节点 X，要先去看左子树是否存在，不存在则往上找。

    • 左子树存在，自然是去寻找左子树中最大的节点。
    • 左子树不存在，往上找。如下图，假设当前迭代器封装的是 cur 节点，不存在左子树。 – 操作就应该向上找，在下图左边的状态时， cur 节点是 p节点的左孩子，根据 – 的遍历顺序，p 已经遍历过了。
      继续往上，到了下图右边的状态， cur 是 p 的右孩子，根据 - - 的遍历顺序，下一个节点就是 p。

    请添加图片描述

    self& operator--()
		{
			if (_node->_left)
			{
				Node* subright = _node->_left;
				while (subright->_right)
				{
					subright = subright->_right;
				}
				_node = subright;
			}
			else // 当前节点没有左子树，直接向上找，直到 parent 的左子节点是 cur
			{
				Node* cur = _node;
				Node* parent = cur->_parent;
				while (parent && parent->_left == cur)
				{
					cur = cur->_parent;
					parent = parent->_parent;
				}
				_node = parent;
			}

			return *this;
		}

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22
    • 23
    • 24
    • 25

    反向迭代器

    反向迭代器主要是对正向迭代器的封装。

    template<class T, class Ref, class Ptr>
	struct _RBTreeReverseIterator
	{
		typedef RBTreeNode<T> Node;
		typedef _RBTreeReverseIterator<T, Ref, Ptr> self;

		_RBTreeReverseIterator(Node* node)
		{
			_it._node = node;
		}

		_RBTreeReverseIterator(const _RBTreeIterator<T, T&, T*>& it)
		{
			_it._node = it._node;
		}

		_RBTreeReverseIterator(const _RBTreeReverseIterator<T, T&, T*>& it)
		{
			_it._node = it._it._node;
		}
		
		self& operator++()
		{
			--_it;
			return *this;
		}

		self& operator--()
		{
			++_it;
			return *this;
		}

		bool operator!=(const self& s)
		{
			return _it._node != s._it._node;
		}

		Ptr operator->()
		{
			return &_it._node->_data;
		}

		Ref operator*()
		{
			return _it._node->_data;
		}

		struct _RBTreeIterator<T,Ref,Ptr> _it=nullptr;
	};


    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22
    • 23
    • 24
    • 25
    • 26
    • 27
    • 28
    • 29
    • 30
    • 31
    • 32
    • 33
    • 34
    • 35
    • 36
    • 37
    • 38
    • 39
    • 40
    • 41
    • 42
    • 43
    • 44
    • 45
    • 46
    • 47
    • 48
    • 49
    • 50
    • 51

    在红黑树中实现了 迭代器，接下来就是封装到 map、set 里面。与此同时，还需要红黑树中提供 begin() 、end() 、rbegin() 、rend() 方法。

    如下，是在红黑树中实现这些方法，返回的结果是迭代器。

    template<class K, class T, class KeyOfT>
	class RBTree
	{
		typedef struct RBTreeNode<T> Node;

	public:
		typedef _RBTreeIterator<T, T&, T*> iterator;
		typedef _RBTreeIterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
		typedef _RBTreeReverseIterator<T, T&, T*> reverse_iterator;
		typedef _RBTreeReverseIterator<T, const T&, const T*> const_reverse_iterator;
	public:

		iterator begin()
		{
			Node* cur = _root;
			while (cur && cur->_left)
			{
				cur = cur->_left;
			}

			return iterator(cur);
		}

		iterator end()
		{
			return iterator(nullptr);
		}

		const_iterator begin() const
		{
			Node* cur = _root;
			while (cur && cur->_left)
			{
				cur = cur->_left;
			}

			return const_iterator(cur);
		}

		const_iterator end() const
		{
			return const_iterator(nullptr);
		}


		reverse_iterator rbegin()
		{
			Node* cur = _root;
			while (cur && cur->_right)
			{
				cur = cur->_right;
			}

			return reverse_iterator(cur);
		}

		reverse_iterator rend()
		{
			return reverse_iterator(nullptr);
		}

		const_reverse_iterator rbegin() const
		{
			Node* cur = _root;
			while (cur && cur->_right)
			{
				cur = cur->_right;
			}

			return const_reverse_iterator(cur);
		}

		const_reverse_iterator rend() const
		{
			return const_reverse_iterator(nullptr);
		}

	private:
		Node* _root;
	};

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22
    • 23
    • 24
    • 25
    • 26
    • 27
    • 28
    • 29
    • 30
    • 31
    • 32
    • 33
    • 34
    • 35
    • 36
    • 37
    • 38
    • 39
    • 40
    • 41
    • 42
    • 43
    • 44
    • 45
    • 46
    • 47
    • 48
    • 49
    • 50
    • 51
    • 52
    • 53
    • 54
    • 55
    • 56
    • 57
    • 58
    • 59
    • 60
    • 61
    • 62
    • 63
    • 64
    • 65
    • 66
    • 67
    • 68
    • 69
    • 70
    • 71
    • 72
    • 73
    • 74
    • 75
    • 76
    • 77
    • 78
    • 79
    • 80

    如下是在 set 里面实现 begin() 、end() ，完全是对 红黑树方法的复用。

    值得注意的是， typedef typename RBTree::const_iterator iterator; 这是为了保证 set 的 K 不可修改。

    #pragma once
#include"rb_tree.h"

namespace SetSimulate
{
	template<class K>
	class set
	{
		struct KeyOfT
		{
			const K& operator()(const K& k)
			{
				return k;
			}
		};

	public:

		typedef typename RBTreeNode<K> Node;
		typedef typename RBTree<K, K, KeyOfT>::const_iterator iterator;
		typedef typename RBTree<K, K, KeyOfT>::const_iterator const_iterator;
		typedef typename RBTree<K, K, KeyOfT>::const_reverse_iterator reverse_iterator;
		typedef typename RBTree<K, K, KeyOfT>::const_reverse_iterator const_reverse_iterator;
		iterator begin()
		{
			return _t.begin();
		}

		iterator end()
		{
			return _t.end();
		}

		const_iterator begin()const
		{
			return _t.begin();
		}

		const_iterator end()const
		{
			return _t.end();
		}

		reverse_iterator rbegin()
		{
			return _t.rbegin();
		}

		reverse_iterator rend()
		{
			return _t.rend();
		}

		const_reverse_iterator rbegin()const
		{
			return _t.rbegin();
		}

		const_reverse_iterator rend()const
		{
			return _t.rend();
		}

		iterator Find(const K& key)
		{
			Node* cur = _t.find(key);
			return iterator(cur);
		}

	private:
		RBTree<K, K, KeyOfT> _t;
	};
}


    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22
    • 23
    • 24
    • 25
    • 26
    • 27
    • 28
    • 29
    • 30
    • 31
    • 32
    • 33
    • 34
    • 35
    • 36
    • 37
    • 38
    • 39
    • 40
    • 41
    • 42
    • 43
    • 44
    • 45
    • 46
    • 47
    • 48
    • 49
    • 50
    • 51
    • 52
    • 53
    • 54
    • 55
    • 56
    • 57
    • 58
    • 59
    • 60
    • 61
    • 62
    • 63
    • 64
    • 65
    • 66
    • 67
    • 68
    • 69
    • 70
    • 71
    • 72
    • 73
    • 74

    map 的 operator[ ]

    首先，map 的 [ ] 是兼具插入和查找功能的。map 里面存储的是 pair ，假设有一个map< int,int >对象 m，执行 m[10]=1000; —— 如果存储的 pair 里面，有 K 类型的数据是 10，那么就将这个键值对的 V 修改成 100；没有则插入 make_pair(10,100);

    要完成上面描述的功能，就必须要让 [ ] 的返回值是 V& （V的引用），这样才可以修改 V 类型的数据。 可以通过迭代器来实现！！

    如下是 map 里面实现 operator[ ] 的代码，_t 是红黑树实例化出来的对象，其 Insert() 返回值是 pair ， 很明显，返回值包含两个信息：

    1. 某个节点构成的迭代器。如果插入成功，那么返回插入节点封装成的迭代器。如果插入失败（已经有了 K 类型对应的数据），那么就相当于查找功能，返回找到的该节点封装成的迭代器。
    2. 是否插入成功，插入成功返回 true，否则false。
    		V& operator[](const K& key)
		{
			pair<iterator, bool> ret = _t.Insert(make_pair(key, V()));
			return ret.first->second;
		}

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5

    那么就可以对红黑树底层的 Insert() 进行修改，只需要修改函数的返回值类型，以及 return 的时候，构造一个 make_pair 类型的数据进行返回即可。

    📕 源代码

    rb_tree.h

    #pragma once
#include
#include

using namespace std;


	enum Colour
	{
		RED,
		BLACK,
	};

	template<class T>
	struct RBTreeNode
	{
		RBTreeNode<T>* _left;
		RBTreeNode<T>* _right;
		RBTreeNode<T>* _parent;
		T _data;
		Colour _col;

		RBTreeNode(const T& val)
			: _left(nullptr)
			, _right(nullptr)
			, _parent(nullptr)
			, _data(val)
			, _col(RED)
		{}
	};

	

	template<class T,class Ref,class Ptr>
	struct _RBTreeIterator
	{
		typedef RBTreeNode<T> Node;
		typedef _RBTreeIterator<T, Ref, Ptr> self;


		_RBTreeIterator(Node* node)
			:_node(node)
		{}


		_RBTreeIterator(const _RBTreeIterator<T, T&, T*> &it)
			:_node(it._node)
		{}


		Ref operator*()
		{
			return _node->_data;
		}

		bool operator!=(const self& s)
		{
			return this->_node != s._node;
		}

		Ptr operator->()
		{
			return &_node->_data;
		}

		self& operator++()
		{
			// 右子树存在，先去右子树的第一个
			if (_node->_right)
			{
				Node* subleft=_node->_right;
				while (subleft->_left)
				{
					subleft = subleft->_left;
				}

				_node = subleft;
			}
			else // 右子树不存在，向上找
			{
				Node* cur = _node;
				Node* parent = _node->_parent;
				while (parent && parent->_right == cur)
				{
					cur = cur->_parent;
					parent = parent->_parent;
				}
				_node = parent;
			}

			return *this;
		}

		self& operator--()
		{
			if (_node->_left)
			{
				Node* subright = _node->_left;
				while (subright->_right)
				{
					subright = subright->_right;
				}
				_node = subright;
			}
			else // 当前节点没有左子树，直接向上找，直到 parent 的左子节点是 cur
			{
				Node* cur = _node;
				Node* parent = cur->_parent;
				while (parent && parent->_left == cur)
				{
					cur = cur->_parent;
					parent = parent->_parent;
				}
				_node = parent;
			}

			return *this;
		}



		Node* _node;
	};


	template<class T, class Ref, class Ptr>
	struct _RBTreeReverseIterator
	{
		typedef RBTreeNode<T> Node;
		typedef _RBTreeReverseIterator<T, Ref, Ptr> self;

		_RBTreeReverseIterator(Node* node)
		{
			_it._node = node;
		}

		_RBTreeReverseIterator(const _RBTreeIterator<T, T&, T*>& it)
		{
			_it._node = it._node;
		}

		_RBTreeReverseIterator(const _RBTreeReverseIterator<T, T&, T*>& it)
		{
			_it._node = it._it._node;
		}
		
		self& operator++()
		{
			--_it;
			return *this;
		}

		self& operator--()
		{
			++_it;
			return *this;
		}

		bool operator!=(const self& s)
		{
			return _it._node != s._it._node;
		}

		Ptr operator->()
		{
			return &_it._node->_data;
		}

		Ref operator*()
		{
			return _it._node->_data;
		}

		struct _RBTreeIterator<T,Ref,Ptr> _it=nullptr;
	};



	template<class K, class T, class KeyOfT>
	class RBTree
	{
		typedef struct RBTreeNode<T> Node;

	public:
		typedef _RBTreeIterator<T, T&, T*> iterator;
		typedef _RBTreeIterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
		typedef _RBTreeReverseIterator<T, T&, T*> reverse_iterator;
		typedef _RBTreeReverseIterator<T, const T&, const T*> const_reverse_iterator;
	public:

		iterator begin()
		{
			Node* cur = _root;
			while (cur && cur->_left)
			{
				cur = cur->_left;
			}

			return iterator(cur);
		}

		iterator end()
		{
			return iterator(nullptr);
		}

		const_iterator begin() const
		{
			Node* cur = _root;
			while (cur && cur->_left)
			{
				cur = cur->_left;
			}

			return const_iterator(cur);
		}

		const_iterator end() const
		{
			return const_iterator(nullptr);
		}


		reverse_iterator rbegin()
		{
			Node* cur = _root;
			while (cur && cur->_right)
			{
				cur = cur->_right;
			}

			return reverse_iterator(cur);
		}

		reverse_iterator rend()
		{
			return reverse_iterator(nullptr);
		}

		const_reverse_iterator rbegin() const
		{
			Node* cur = _root;
			while (cur && cur->_right)
			{
				cur = cur->_right;
			}

			return const_reverse_iterator(cur);
		}

		const_reverse_iterator rend() const
		{
			return const_reverse_iterator(nullptr);
		}


		~RBTree()
		{
			Delete(_root);
			_root = nullptr;
		}

		Node* find(const K& val)
		{
			KeyOfT kt;
			Node* cur = _root;
			while (cur)
			{
				if (val > kt(cur->_data))
				{
					cur = cur->_right;
				}
				else if (val < kt(cur->_data))
				{
					cur = cur->_left;
				}
				else
					return cur;
			}

			return nullptr;
		}

		pair<iterator,bool> Insert(const T& val)
		{
			if (_root == nullptr)
			{
				_root = new Node(val);
				_root->_col = BLACK;
				return make_pair(iterator(_root),true);
			}
			KeyOfT kt;
			Node* parent = nullptr;
			Node* cur = _root;
			while (cur) // 找到要插入的位置
			{
				if (kt(cur->_data) > kt(val))
				{
					parent = cur;
					cur = cur->_left;
				}
				else if (kt(cur->_data) < kt(val))
				{
					parent = cur;
					cur = cur->_right;
				}
				else
					return make_pair(iterator(cur), false);
			}

			// 插入
			cur = new Node(val);
			Node* newnode = cur;
			if (kt(parent->_data) < kt(val))
			{
				parent->_right = cur;
			}
			else if (kt(parent->_data) > kt(val))
			{
				parent->_left = cur;
			}
			cur->_parent = parent;


			// 调整颜色
			while (parent && parent->_col == RED)
			{
				Node* grandfather = parent->_parent;
				if (parent == grandfather->_left)
				{
					Node* uncle = grandfather->_right;
					if (uncle && uncle->_col == RED) // uncle 为红色
					{
						parent->_col = BLACK;
						uncle->_col = BLACK;
						grandfather->_col = RED;

						// 继续调整
						cur = grandfather;
						parent = cur->_parent;
					}
					else // uncle不存在 or 存在且为黑
					{
						if (cur == parent->_left)
						{
							RotateR(grandfather);
							parent->_col = BLACK;
							grandfather->_col = RED;
							//cur->_col = RED;
						}
						else if (cur == parent->_right)
						{
							RotateL(parent);
							RotateR(grandfather);
							cur->_col = BLACK;
							grandfather->_col = RED;
							parent->_col = RED;
						}

						break;
					}
				}
				else // if (parent == grandfather->_right)
				{
					Node* uncle = grandfather->_left;
					if (uncle && uncle->_col == RED) // uncle 为红色
					{
						parent->_col = BLACK;
						uncle->_col = BLACK;
						grandfather->_col = RED;

						// 继续调整
						cur = grandfather;
						parent = cur->_parent;
					}
					else // uncle不存在 or 存在且为黑
					{
						if (cur == parent->_right)
						{
							RotateL(grandfather);
							parent->_col = BLACK;
							grandfather->_col = RED;
							//cur->_col = RED;
						}
						else // cur == parent->_left
						{
							RotateR(parent);
							RotateL(grandfather);
							cur->_col = BLACK;
							parent->_col = RED;
							grandfather->_col = RED;
						}

						break;
					}
				}
			}

			_root->_col = BLACK;
			return make_pair(iterator(newnode), true);
		}

		int Height()
		{
			return _Height(_root);
		}

		bool isBalance()
		{
			if (_root->_col == RED)
			{
				cout << "根节点的颜色是红色" << endl;
				return false;
			}

			int benchmark = 0;
			Node* tmp = _root;
			while (tmp)
			{
				if (tmp->_col == BLACK)
					benchmark++;
				tmp = tmp->_left;
			}

			return _isBalance(_root, 0, benchmark);
		}

		void Inorder()
		{
			_Inorder(_root);
		}

	private:

		void _Inorder(Node* root)
		{
			if (root == nullptr)
				return;

			_Inorder(root->_left);
			cout << root->_kv.first << " ";
			_Inorder(root->_right);
		}

		bool _isBalance(Node* root, int blackNum, int benchmark)
		{
			if (root == nullptr)
			{
				if (blackNum == benchmark)
					return true;
				else
				{
					cout << "某条链路黑色节点数目错误！" << endl;
					return false;
				}
			}

			if (root->_col == BLACK)
				++blackNum;
			else
			{
				if (root->_parent && root->_parent->_col == RED)
				{
					cout << "存在两个连续的红色节点" << endl;
					return false;
				}
			}

			return _isBalance(root->_left, blackNum, benchmark)
				&& _isBalance(root->_right, blackNum, benchmark);
		}

		int _Height(Node* root)
		{
			if (root == nullptr) return 0;

			int leftH = _Height(root->_left);
			int rightH = _Height(root->_right);

			return leftH > rightH ? leftH + 1 : rightH + 1;
		}



		void Delete(Node* root)
		{
			if (root == nullptr)
				return;

			Delete(root->_left);
			Delete(root->_right);
			free(root);
		}

		void RotateL(Node* parent)
		{
			Node* subR = parent->_right;
			Node* subRL = subR->_left;

			parent->_right = subRL;
			if (subRL)
				subRL->_parent = parent;

			Node* pparent = parent->_parent;
			subR->_left = parent;
			parent->_parent = subR;

			if (pparent == nullptr)
			{
				_root = subR;
				_root->_parent = nullptr;
			}
			else
			{
				if (parent == pparent->_left)
				{
					pparent->_left = subR;
				}
				else
				{
					pparent->_right = subR;
				}
				subR->_parent = pparent;
			}


		}



		void RotateR(Node* parent)
		{
			Node* subL = parent->_left;
			Node* subLR = subL->_right;

			Node* pparent = parent->_parent;
			subL->_right = parent;
			parent->_parent = subL;

			parent->_left = subLR;
			if (subLR)
				subLR->_parent = parent;


			if (pparent == nullptr)
			{
				subL->_parent = nullptr;
				_root = subL;
			}
			else
			{
				if (parent == pparent->_left)
				{
					pparent->_left = subL;
				}
				else
				{
					pparent->_right = subL;
				}

				subL->_parent = pparent;
			}

		}

	private:
		Node* _root;
	};



    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22
    • 23
    • 24
    • 25
    • 26
    • 27
    • 28
    • 29
    • 30
    • 31
    • 32
    • 33
    • 34
    • 35
    • 36
    • 37
    • 38
    • 39
    • 40
    • 41
    • 42
    • 43
    • 44
    • 45
    • 46
    • 47
    • 48
    • 49
    • 50
    • 51
    • 52
    • 53
    • 54
    • 55
    • 56
    • 57
    • 58
    • 59
    • 60
    • 61
    • 62
    • 63
    • 64
    • 65
    • 66
    • 67
    • 68
    • 69
    • 70
    • 71
    • 72
    • 73
    • 74
    • 75
    • 76
    • 77
    • 78
    • 79
    • 80
    • 81
    • 82
    • 83
    • 84
    • 85
    • 86
    • 87
    • 88
    • 89
    • 90
    • 91
    • 92
    • 93
    • 94
    • 95
    • 96
    • 97
    • 98
    • 99
    • 100
    • 101
    • 102
    • 103
    • 104
    • 105
    • 106
    • 107
    • 108
    • 109
    • 110
    • 111
    • 112
    • 113
    • 114
    • 115
    • 116
    • 117
    • 118
    • 119
    • 120
    • 121
    • 122
    • 123
    • 124
    • 125
    • 126
    • 127
    • 128
    • 129
    • 130
    • 131
    • 132
    • 133
    • 134
    • 135
    • 136
    • 137
    • 138
    • 139
    • 140
    • 141
    • 142
    • 143
    • 144
    • 145
    • 146
    • 147
    • 148
    • 149
    • 150
    • 151
    • 152
    • 153
    • 154
    • 155
    • 156
    • 157
    • 158
    • 159
    • 160
    • 161
    • 162
    • 163
    • 164
    • 165
    • 166
    • 167
    • 168
    • 169
    • 170
    • 171
    • 172
    • 173
    • 174
    • 175
    • 176
    • 177
    • 178
    • 179
    • 180
    • 181
    • 182
    • 183
    • 184
    • 185
    • 186
    • 187
    • 188
    • 189
    • 190
    • 191
    • 192
    • 193
    • 194
    • 195
    • 196
    • 197
    • 198
    • 199
    • 200
    • 201
    • 202
    • 203
    • 204
    • 205
    • 206
    • 207
    • 208
    • 209
    • 210
    • 211
    • 212
    • 213
    • 214
    • 215
    • 216
    • 217
    • 218
    • 219
    • 220
    • 221
    • 222
    • 223
    • 224
    • 225
    • 226
    • 227
    • 228
    • 229
    • 230
    • 231
    • 232
    • 233
    • 234
    • 235
    • 236
    • 237
    • 238
    • 239
    • 240
    • 241
    • 242
    • 243
    • 244
    • 245
    • 246
    • 247
    • 248
    • 249
    • 250
    • 251
    • 252
    • 253
    • 254
    • 255
    • 256
    • 257
    • 258
    • 259
    • 260
    • 261
    • 262
    • 263
    • 264
    • 265
    • 266
    • 267
    • 268
    • 269
    • 270
    • 271
    • 272
    • 273
    • 274
    • 275
    • 276
    • 277
    • 278
    • 279
    • 280
    • 281
    • 282
    • 283
    • 284
    • 285
    • 286
    • 287
    • 288
    • 289
    • 290
    • 291
    • 292
    • 293
    • 294
    • 295
    • 296
    • 297
    • 298
    • 299
    • 300
    • 301
    • 302
    • 303
    • 304
    • 305
    • 306
    • 307
    • 308
    • 309
    • 310
    • 311
    • 312
    • 313
    • 314
    • 315
    • 316
    • 317
    • 318
    • 319
    • 320
    • 321
    • 322
    • 323
    • 324
    • 325
    • 326
    • 327
    • 328
    • 329
    • 330
    • 331
    • 332
    • 333
    • 334
    • 335
    • 336
    • 337
    • 338
    • 339
    • 340
    • 341
    • 342
    • 343
    • 344
    • 345
    • 346
    • 347
    • 348
    • 349
    • 350
    • 351
    • 352
    • 353
    • 354
    • 355
    • 356
    • 357
    • 358
    • 359
    • 360
    • 361
    • 362
    • 363
    • 364
    • 365
    • 366
    • 367
    • 368
    • 369
    • 370
    • 371
    • 372
    • 373
    • 374
    • 375
    • 376
    • 377
    • 378
    • 379
    • 380
    • 381
    • 382
    • 383
    • 384
    • 385
    • 386
    • 387
    • 388
    • 389
    • 390
    • 391
    • 392
    • 393
    • 394
    • 395
    • 396
    • 397
    • 398
    • 399
    • 400
    • 401
    • 402
    • 403
    • 404
    • 405
    • 406
    • 407
    • 408
    • 409
    • 410
    • 411
    • 412
    • 413
    • 414
    • 415
    • 416
    • 417
    • 418
    • 419
    • 420
    • 421
    • 422
    • 423
    • 424
    • 425
    • 426
    • 427
    • 428
    • 429
    • 430
    • 431
    • 432
    • 433
    • 434
    • 435
    • 436
    • 437
    • 438
    • 439
    • 440
    • 441
    • 442
    • 443
    • 444
    • 445
    • 446
    • 447
    • 448
    • 449
    • 450
    • 451
    • 452
    • 453
    • 454
    • 455
    • 456
    • 457
    • 458
    • 459
    • 460
    • 461
    • 462
    • 463
    • 464
    • 465
    • 466
    • 467
    • 468
    • 469
    • 470
    • 471
    • 472
    • 473
    • 474
    • 475
    • 476
    • 477
    • 478
    • 479
    • 480
    • 481
    • 482
    • 483
    • 484
    • 485
    • 486
    • 487
    • 488
    • 489
    • 490
    • 491
    • 492
    • 493
    • 494
    • 495
    • 496
    • 497
    • 498
    • 499
    • 500
    • 501
    • 502
    • 503
    • 504
    • 505
    • 506
    • 507
    • 508
    • 509
    • 510
    • 511
    • 512
    • 513
    • 514
    • 515
    • 516
    • 517
    • 518
    • 519
    • 520
    • 521
    • 522
    • 523
    • 524
    • 525
    • 526
    • 527
    • 528
    • 529
    • 530
    • 531
    • 532
    • 533
    • 534
    • 535
    • 536
    • 537
    • 538
    • 539
    • 540
    • 541
    • 542
    • 543
    • 544
    • 545
    • 546
    • 547
    • 548
    • 549
    • 550
    • 551
    • 552
    • 553
    • 554
    • 555
    • 556
    • 557
    • 558
    • 559
    • 560
    • 561
    • 562
    • 563
    • 564
    • 565
    • 566
    • 567
    • 568
    • 569
    • 570

    set.h

    #pragma once
#include"rb_tree.h"

namespace SetSimulate
{
	template<class K>
	class set
	{
		struct KeyOfT
		{
			const K& operator()(const K& k)
			{
				return k;
			}
		};

	public:

		typedef typename RBTreeNode<K> Node;
		typedef typename RBTree<K, K, KeyOfT>::const_iterator iterator;
		typedef typename RBTree<K, K, KeyOfT>::const_iterator const_iterator;
		typedef typename RBTree<K, K, KeyOfT>::const_reverse_iterator reverse_iterator;
		typedef typename RBTree<K, K, KeyOfT>::const_reverse_iterator const_reverse_iterator;
		iterator begin()
		{
			return _t.begin();
		}

		iterator end()
		{
			return _t.end();
		}

		const_iterator begin()const
		{
			return _t.begin();
		}

		const_iterator end()const
		{
			return _t.end();
		}

		reverse_iterator rbegin()
		{
			return _t.rbegin();
		}

		reverse_iterator rend()
		{
			return _t.rend();
		}

		const_reverse_iterator rbegin()const
		{
			return _t.rbegin();
		}

		const_reverse_iterator rend()const
		{
			return _t.rend();
		}

		pair<iterator,bool> insert(const K& k)
		{
			return _t.Insert(k);
		}

		iterator Find(const K& key)
		{
			Node* cur = _t.find(key);
			return iterator(cur);
		}

	private:
		RBTree<K, K, KeyOfT> _t;
	};
}


    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22
    • 23
    • 24
    • 25
    • 26
    • 27
    • 28
    • 29
    • 30
    • 31
    • 32
    • 33
    • 34
    • 35
    • 36
    • 37
    • 38
    • 39
    • 40
    • 41
    • 42
    • 43
    • 44
    • 45
    • 46
    • 47
    • 48
    • 49
    • 50
    • 51
    • 52
    • 53
    • 54
    • 55
    • 56
    • 57
    • 58
    • 59
    • 60
    • 61
    • 62
    • 63
    • 64
    • 65
    • 66
    • 67
    • 68
    • 69
    • 70
    • 71
    • 72
    • 73
    • 74
    • 75
    • 76
    • 77
    • 78
    • 79

    map.h

    #pragma once
#include"rb_tree.h"


namespace MapSimulate
{
	template<class K, class V>
	class map
	{
		struct MapOfKey
		{
			const K& operator()(const pair<const K, V>& kv)
			{
				return kv.first;
			}
		};

	public:
		typedef typename RBTreeNode<pair<const K, V>> Node;
		typedef typename RBTree<K, pair<const K,V>, MapOfKey>::iterator iterator;
		typedef typename RBTree<K, pair<const K,V>, MapOfKey>::const_iterator const_iterator;
		typedef typename RBTree<K, pair<const K, V>, MapOfKey>::reverse_iterator reverse_iterator;
		typedef typename RBTree<K, pair<const K, V>, MapOfKey>::const_reverse_iterator const_reverse_iterator;

		pair<iterator,bool> insert(const pair<const K, V>& kv)
		{
			return _t.Insert(kv);
		}

		V& operator[](const K& key)
		{
			pair<iterator, bool> ret = _t.Insert(make_pair(key, V()));
			return ret.first->second;
		}

		iterator begin()
		{
			return _t.begin();
		}

		iterator end()
		{
			return _t.end();
		}

		const_iterator begin()const
		{
			return _t.begin();
		}

		const_iterator end()const
		{
			return _t.end();
		}


		reverse_iterator rbegin()
		{
			return _t.rbegin();
		}

		reverse_iterator rend()
		{
			return _t.rend();
		}

		const_reverse_iterator rbegin()const
		{
			return _t.rbegin();
		}

		const_reverse_iterator rend()const
		{
			return _t.rend();
		}

		iterator Find(const K& key)
		{
			Node* cur = _t.find(key);
			return iterator(cur);
		}

	private:
		RBTree<K, pair<const K, V>, MapOfKey> _t;
	};
}

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22
    • 23
    • 24
    • 25
    • 26
    • 27
    • 28
    • 29
    • 30
    • 31
    • 32
    • 33
    • 34
    • 35
    • 36
    • 37
    • 38
    • 39
    • 40
    • 41
    • 42
    • 43
    • 44
    • 45
    • 46
    • 47
    • 48
    • 49
    • 50
    • 51
    • 52
    • 53
    • 54
    • 55
    • 56
    • 57
    • 58
    • 59
    • 60
    • 61
    • 62
    • 63
    • 64
    • 65
    • 66
    • 67
    • 68
    • 69
    • 70
    • 71
    • 72
    • 73
    • 74
    • 75
    • 76
    • 77
    • 78
    • 79
    • 80
    • 81
    • 82
    • 83
    • 84
    • 85
    • 86
  • 相关阅读:
    Connor学JVM - 类文件结构
    python中elasticsearch_dsl模块用法详解
    AI推介-大语言模型LLMs论文速览（arXiv方向）：2024.03.10-2024.03.15
    3、RGB和通道（channel）
    数智未来 因你而来 | 南大通用GBase 8c荣获鲲鹏应用创新大赛区域赛二等奖
    Oracle19c安装图文教程
    AOP
    MySQL系列之隔离级别
    linux基础指令（一）
    Vue 中Lodop 实现批量打印
  • 原文地址：https://blog.csdn.net/m0_65679465/article/details/130704827