【CMU15-445数据库】bustub Project #0：Trie 树实现（C++ Primer）

第 0 个 Project 名为 C++ Primer，目标是实现一个字典树（Trie），内容不难，主要是测试参与者的 Modern C++ 编程水平，对于选课的 CMU 学生如果感觉比较吃力可能就要劝退了。

Project 说明：Project #0 - C++ Primer

本节要实现的内容全部在 src/include/primer/p0_trie.h 文件中。

字典树（Trie）是一种有序的树形结构，能够存储键值对并高效地进行前缀匹配，详细介绍可以自行百度。例如插入两个键值对 ("ab", 1) 和 ("ac", "val")，则形成下图的结构：

root 是根节点，不存储键；a 是一个非终结节点，只存储键；下层的两个节点是终结节点，除了键还要存储一个任意类型的值。每个节点有一个 map 存储以每个子节点的键索引的子节点。本节相应做出了如下设计：

TrieNode 表示非终结节点，成员为键，是否是终结节点的标记，子节点 map。TrieNodeWithValue 继承前者，表示终结节点，带有一个 T 类型的 value。二者可以通过 TrieNode 类中 is_end_ 标识区分。Trie 类表示整个 Trie 树。

TrieNode 的子节点 map 存储的是子节点的智能指针 unique_ptr 而非裸指针。

注意：本节是在头文件中写代码，不要图方便写 using namespace std！

TrieNode 实现

构造函数

需要注意的是移动构造函数（move constructor），由于 unique_ptr 表示独占性资源，没有拷贝构造函数，所以这里我们要用 std::move。key_char_ 和 is_end_ 是简单的内置类型（primitive type），没必要使用 move 构造。

如果不理解为什么 T&& 参数需要 move，可以参考 这个回答 或我之前的这篇博客《Effective Modern C++》学习笔记 - Item 23: 理解 std::move 和 std::forward。

InsertChildNode() 和 GetChildNode()

注意因为 unique_ptr 是独占性指针不能拷贝，返回值是 unique_ptr 的指针。

TrieNodeWithValue

构造函数

先调用基类的构造函数，is_end_ 是基类成员不能放在初始化列表中，放在函数体中赋值即可。

Trie

Trie 树的主类，这里要求实现的是增 Insert()、删 Remove()、查(GetValue) 三个函数。关于 lock_ 下面会说明。

Insert()

沿 Trie 树搜索到键的最后一个字符，过程中如果节点不存在就创建。对于最后一个键的字符分三种情况：

1. 如果相应节点不存在，创建一个终结节点 TrieNodeWithValue，插入成功；
2. 如果相应节点存在但不是终结节点（通过 is_end_ 判断），将其转化为 TrieNodeWithValue 并把值赋给该节点，该操作不破坏以该键为前缀的后续其它节点（children_ 不变），插入成功；
3. 如果相应节点存在且是终结节点，说明该键在 Trie 树存在，规定不能覆盖已存在的值，返回插入失败。

Remove()

先沿 Trie 树逐字符向下搜索给定键，如果中途发现不存在直接返回 false。找到后，将该节点的 is_end_ 标为 false（此时虽然其值仍存在，但会被我们视为非终结节点）。如果该节点没有子节点，则可以删除。相应地还要向上回溯，如果其 parent 节点在移除该子节点后没有其它子节点，也删除。显然该函数可以有递归和非递归两种实现方式，我这里用非递归方式，在向下搜索时记录路径，回溯时反向遍历。因为使用智能指针，无需手动 delete 删除的 TrieNode。

GetValue()

沿 Trie 树查找，如果键不存在，或者节点中存储的值类型与函数调用的类型 T 不一致，将 *success 标识设为 false。类型判断的方式是使用 dynamic_cast。

并发访问（Concurrency）

要求 Trie 树能够并发访问，因此要加锁，具体也比较简单：GetValue() 时加读锁，Insert() 和 Remove 时加写锁。项目已经提供了一个读写锁类 RWLatch，创建一个 private 成员 lock_ 放在 Trie 中，上面代码也展示了加锁解锁的操作。注意解锁要覆盖所有执行路径。

测试

将 test/primer/starter_trie_test.cpp 文件中 TEST() 包围的测试的名称的 DISABLED_ 前缀去除，然后编译并运行测试：

cd build
make starter_trie_test
./test/starter_trie_test
1
2
3

看到如下输出说明通过所有测试：

运行代码格式化和规范检查：

make format
make check-lint
make check-clang-tidy-p0
1
2
3

必须改正所有提示，负责后续提交评分为 0。运行：

zip project0-submission.zip \
    src/include/primer/p0_trie.h 
1
2

生成压缩包，登录 GradeScope 并提交至 Project 0，得到以下结果则为完美通关~