【C++】用红黑树模拟实现set、map

news2025/5/20 1:15:38

目录

  • 前言及准备：
  • 一、红黑树接口
    • 1.1 begin
    • 1.2 end
    • 1.3 查找
    • 1.4 插入
    • 1.5 左单旋和右单旋
  • 二、树形迭代器（正向）
    • 2.1 前置++
  • 三、模拟实现set
  • 四、模拟实现map

前言及准备：

set、map的底层结构是红黑树，它们的函数通过调用红黑树的接口来实现，红黑树一些接口需要通过树形迭代器来实现。set是k模型，map是kv模型，红黑树要不要写两份呢？答案是不需要，只用一份即可，通过仿函数来控制。

定义树的节点：

template<class T>
struct RBTreeNode
{
	RBTreeNode<T>* _left;
	RBTreeNode<T>* _right;
	RBTreeNode<T>* _parent;
	T _data;
	Colour _col;
	RBTreeNode(const T& data)
		:_left(nullptr)
		,_right(nullptr)
		,_parent(nullptr)
		,_data(data)
		,_col(RED)
	{}
};

红黑树有3个指针域，数据域用T来表示，如果是set，那么传过来的是k模型；如果是map，是kv模型。新增的节点的颜色默认是红色（根节点除外）。

一、红黑树接口

1.1 begin

返回的是红黑树的第一个节点，注意，这里的第一个的顺序是按中序遍历来的，所以，第一个节点的位置是树的最左节点。

//返回的迭代器指向的数据可修改
iterator begin()
{
	Node* subLeft = _root;
	while (subLeft->_left)
	{
		subLeft = subLeft->_left;
	}
	return iterator(subLeft);
}
//返回的迭代器指向的数据不可修改
const_iterator begin() const
{
	Node* subLeft = _root;
	while (subLeft->_left)
	{
		subLeft = subLeft->_left;
	}
	return const_iterator(subLeft);
}

1.2 end

返回的是最后一个节点（最右侧节点）的下一个位置。由于这里实现的红黑树没有头节点，所以只能给nullptr来勉强实现这个迭代器。但是这样其实是不行的，因为对end()位置的迭代器进行 - - 操作，必须要能找最后一个元素，给nullptr就找不到了。如果有头节点，那么end()的位置应该是在头节点的位置。
在这里插入图片描述

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

1.3 查找

查找的过程与之前写的二叉搜索树没有多大区别，要注意的是返回类型，找到了，返回的是该节点的迭代器，找不到就返回end()。

iterator Find(const K& key)
{
	KeyOfT kot;
	Node* cur = _root;
	while (cur)
	{
		if (kot(cur->_data) < key)
		{
			cur = cur->_right;
		}
		else if (kot(cur->_data) > key)
		{
			cur = cur->_left;
		}
		else
		{
			return iterator(cur);
		}
	}
	return end();
}

咋知道是set还是map的数据进行比较，看传过来的类模板参数中的仿函数是set的还是map的。当然，这里只需写好就行，不用关心传过来的是什么，set和map的仿函数内部已经确定好了。

说明一下：

template<class K, class T, class KeyOfT>

这是该红黑树的类模板，K是Find()函数中要对比的数据类型，T是节点的数据域，可能是k模型，也有可能是kv模型。怎么确定呢？通过第三个类模板参数——仿函数来确定。仿函数传的是set的，就是k模型；仿函数传的是map的，就是kv模型。仿函数内部具体实现下面再说。

1.4 插入

为了接近STL库中的insert函数，返回类型是pair，即插入成功，返回该节点的迭代器和true；插入失败，说明该节点已经存在，返回该节点的迭代器和false。

pair<iterator, bool> Insert(const T& data)
{
	//为空
	if (_root == nullptr)
	{
		_root = new Node(data);
		_root->_col = BLACK;//根节点都是黑色的，特殊处理
		return make_pair(iterator(_root), true);
	}
	//非空
	KeyOfT kot;
	Node* cur = _root;
	Node* parent = nullptr;
	while (cur)
	{
		if (kot(cur->_data) < kot(data))
		{
			parent = cur;
			cur = cur->_right;
		}
		else if (kot(cur->_data) > kot(data))
		{
			parent = cur;
			cur = cur->_left;
		}
		else
		{
			return make_pair(iterator(cur), false);
		}
	}
	//插入新节点
	cur = new Node(data);//红色的
	if (kot(parent->_data) < kot(data))
	{
		parent->_right = cur;
	}
	else
	{
		parent->_left = cur;
	}
	cur->_parent = parent;
	Node* newnode = cur;

	//调整颜色
	while (parent && parent->_col == RED)
	{
		Node* grandfather = parent->_parent;//爷爷节点
		//父节点在爷爷节点的左边，那么叔叔节点在右边
		if (parent == grandfather->_left)
		{
			Node* uncle = grandfather->_right;
			//情况一：叔叔存在且为红
			if (uncle && uncle->_col == RED)
			{
				grandfather->_col = RED;
				uncle->_col = parent->_col = BLACK;
				cur = grandfather;//爷爷不是根，向上更新
				parent = cur->_parent;
			}
			//情况二：叔叔不存在/存在且为黑
			else
			{
				//单旋
				if (cur == parent->_left)
				{
					RotateR(grandfather);//右单旋
					parent->_col = BLACK;//变色
					grandfather->_col = RED;
				}
				//左右双旋 
				// cur == parent->_right
				else
				{
					RotateL(parent);//先左单旋
					RotateR(grandfather);//再右单旋
					grandfather->_col = RED;//变色
					cur->_col = BLACK;
				}
			}
		}
		else//父节点在右边，叔叔在左边
		{
			Node* uncle = grandfather->_left;
			//情况一：叔叔存在且为红
			if (uncle && uncle->_col == RED)
			{
				grandfather->_col = RED;
				uncle->_col = parent->_col = BLACK;
				cur = grandfather;//爷爷不是根，向上更新
				parent = cur->_parent;
			}
			//情况二：叔叔不存在/存在且为黑
			else
			{
				//单旋
				if (cur == parent->_right)
				{
					RotateL(grandfather);//左单旋
					parent->_col = BLACK;//变色
					grandfather->_col = RED;
				}
				//右左双旋 
				// cur == parent->_left
				else
				{
					RotateR(parent);//先右单旋
					RotateL(grandfather);//再左单旋
					grandfather->_col = RED;//变色
					cur->_col = BLACK;
				}
				break;//经过情况二后跳出
			}
		}
	}
	_root->_col = BLACK;//统一处理，根必须是黑的
	return make_pair(iterator(newnode), true);
}

1.5 左单旋和右单旋

这两个就是之前的，这里不作重复叙述了

//左单旋
void RotateL(Node* parent)
{
	Node* subR = parent->_right;
	Node* subRL = subR->_left;
	parent->_right = subRL;
	//不为空
	if (subRL)
	{
		subRL->_parent = parent;
	}
	subR->_left = parent;
	Node* ppnode = parent->_parent;
	parent->_parent = subR;
	//处理parent如果为根
	if (parent == _root)
	{
		_root = subR;
		subR->_parent = nullptr;
	}
	//不为根，处理与ppnode的连接
	else
	{
		if (ppnode->_left == parent)
		{
			ppnode->_left = subR;
		}
		else
		{
			ppnode->_right = subR;
		}
		subR->_parent = ppnode;
	}
}

//右单旋
void RotateR(Node* parent)
{
	Node* subL = parent->_left;
	Node* subLR = subL->_right;
	parent->_left = subLR;
	//不为空
	if (subLR)
	{
		subLR->_parent = parent;
	}
	subL->_right = parent;
	Node* ppnode = parent->_parent;
	parent->_parent = subL;

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

二、树形迭代器（正向）

2.1 前置++

首先要清楚的是++到下一个节点位置是按中序遍历走的，主要有两种情况：

  1. 该节点有右子树
  2. 该节点没有右子树

1️⃣有右子树
在这里插入图片描述
总结：有右子树++后的下一个节点是右子树的最左节点

2️⃣没有右子树
在这里插入图片描述
总结：没有右子树++后下一个节点是祖先节点中左孩子是当前节点（原来节点的位置）或者左孩子是当前节点的父亲的那个祖先

有点弯，再来图捋一捋：
在这里插入图片描述

前置- -的逻辑与前置++刚好相反

template<class T, class Ref, class Ptr>
struct RBTreeIterator
{
	typedef RBTreeNode<T> Node;
	typedef RBTreeIterator<T, Ref, Ptr> Self;

	Node* _node;
	RBTreeIterator(Node* node)
		:_node(node)
	{}

	Ref operator*()
	{
		return _node->_data;
	}
	Ptr operator->()
	{
		return &_node->_data;
	}
	//前置++
	Self& operator++()
	{
		//右子树存在
		if (_node->_right)
		{
			//下一个节点在右子树的最左边
			Node* subLeft = _node->_right;
			while (subLeft->_left)
			{
				subLeft = subLeft->_left;
			}
			_node = subLeft;
		}
		//右子树不存在
		else
		{
			Node* cur = _node;
			Node* parent = cur->_parent;
			//cur是parent的左子树，parent就是下一个
			while (parent && parent->_right == cur)
			{
				cur = parent;
				parent = parent->_parent;
			}
			_node = parent;
		}
		return *this;
	}
	//前置--
	Self& operator--()//与前置++的逻辑相反
	{
		//左子树存在
		if (_node->_left)
		{
			//下一个节点是左子树的最右一个
			Node* subRight = _node->_left;
			while (subRight->_right)
			{
				subRight = subRight->_right;
			}
			_node = subRight;
		}
		//左子树不存在
		else
		{
			Node* cur = _node;
			Node* parent = cur->_parent;
			//cur是parent的右子树时parent就是下一个
			while (parent && parent->_left == cur)
			{
				cur = parent;
				parent = parent->_parent;
			}
			_node = parent;
		}
		return *this;
	}

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

三、模拟实现set

set是k模型，仿函数返回的只有key值。其他接口调用红黑树的

template<class K>
class set
{
	//仿函数
	struct SetKeyOfT
	{
		const K& operator()(const K& key)
		{
			return key;
		}
	};
public:
	typedef typename RBTree<K, const K, SetKeyOfT>::iterator iterator;
	typedef typename RBTree<K, const K, SetKeyOfT>::const_iterator const_iterator;
	//迭代器
	iterator begin()
	{
		return _t.begin();
	}
	const_iterator begin() const
	{
		return _t.begin();
	}
	iterator end()
	{
		return _t.end();
	}
	const_iterator end() const
	{
		return _t.end();
	}
	//插入
	pair<iterator, bool> Insert(const K& key)
	{
		return _t.Insert(key);
	}
	//查找
	iterator Find(const K& key)
	{
		_t.Find(key);
	}
private:
	RBTree<K, const K, SetKeyOfT> _t;
};

四、模拟实现map

map是kv模型，仿函数返回的取kv中的key值。其他接口调用红黑树的，除此之外，多了一个operator[]

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

public:
	typedef typename RBTree<K, pair<const K, V>, MapKeyOfT>::iterator iterator;
	typedef typename RBTree<K, pair<const K, V>, MapKeyOfT>::const_iterator const_iterator;
	//迭代器
	iterator begin()
	{
		return _t.begin();
	}
	const_iterator begin() const
	{
		return _t.begin();
	}
	iterator end()
	{
		return _t.end();
	}
	const_iterator end() const
	{
		return _t.end();
	}

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

	//查找
	iterator Find(const K& key)
	{
		_t.Find(key);
	}

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

本文来自互联网用户投稿，该文观点仅代表作者本人，不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如若转载，请注明出处：http://www.coloradmin.cn/o/1529193.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符，请联系多彩编程网进行投诉反馈，一经查实，立即删除！

相关文章

[已解决] vscode 跳转 python 代码失败

[已解决] vscode 跳转 python 代码失败

linux 环境下&#xff0c;"Ctrl 单击" 跳转函数定义失败&#xff0c;可以尝试下面的方法: setting -> 输入 go to definition -> 将下列两项配置改为 goto (不过当存在多个同名函数时&#xff0c;可能跳转会不符合预期)
阅读更多...
Vulnhub靶机渗透：DC-7打靶记录

Vulnhub靶机渗透：DC-7打靶记录

前言 自信自强&#xff0c;来自于不怕苦、不怕难的积淀。宝剑锋从磨砺出&#xff0c;梅花香自苦寒来&#xff1b;任何美好理想&#xff0c;都离不开筚路蓝缕、手胼足胝的艰苦奋斗&#xff01; 靶场介绍 DC-7是一个初中级的靶场&#xff0c;需要具备以下前置知识&#xff1a;…
阅读更多...
联发科MT8797迅鲲1300T规格参数_MTK5G安卓核心板方案定制

联发科MT8797迅鲲1300T规格参数_MTK5G安卓核心板方案定制

联发科MT8797&#xff08;迅鲲1300T&#xff09;平台采用Arm Cortex-A78和Cortex-A55组成的八核架构CPU&#xff0c;以及Arm Mali-G77MC9九核GPU&#xff0c;集成了AI处理器MediaTek APU&#xff0c;支持5G Sub-6GHz全频段和5G双载波聚合,支持1.08亿像素拍照和多镜头组合,以及1…
阅读更多...
每日五道java面试题之mybatis篇（五）

每日五道java面试题之mybatis篇（五）

目录&#xff1a; 第一题. 实体类属性名和表中字段名不⼀样 &#xff0c;怎么办?第二题. Mybatis是否可以映射Enum枚举类&#xff1f;第三题. Mybatis能执⾏⼀对⼀、⼀对多的关联查询吗&#xff1f;第四题. Mybatis是否⽀持延迟加载&#xff1f;原理&#xff1f;第五题. 如何获…
阅读更多...
SAP HCM 读取上月考勤结果

SAP HCM 读取上月考勤结果

转移前一期间都是累计读取上一个月de 数据&#xff0c;例如现在是4月&#xff0c;系统就会读取123月的累计 如果想只读取上个月的数据&#xff0c;就要设置前一期期间余额 因为一月只有31天 现在看3月 因为二月只有29天 2004年
阅读更多...
软件设计师18--IO管理软件

软件设计师18--IO管理软件

软件设计师18--IO管理软件 考点1&#xff1a;IO管理软件例题&#xff1a; 考点1&#xff1a;IO管理软件 例题&#xff1a; 1、I/O设备管理软件一般分为4个层次&#xff0c;如下图所示。图中①②③分别对应(D&#xff09;。 A、设备驱动程序、虚设备管理、与设备无关的系统软件…
阅读更多...
Java13_反转字符串中的单词 III(方法二String转换成字符数组）

Java13_反转字符串中的单词 III(方法二String转换成字符数组）

反转字符串中的单词 III 给定一个字符串 s &#xff0c;你需要反转字符串中每个单词的字符顺序&#xff0c;同时仍保留空格和单词的初始顺序。 示例 1&#xff1a; 输入&#xff1a;s "Lets take LeetCode contest" 输出&#xff1a;"steL ekat edoCteeL tset…
阅读更多...
退休人员档案管理系统

退休人员档案管理系统

退休人员档案管理系统是一种用于管理退休人员档案信息的软件系统。该系统可以实现退休人员档案的录入、查询、修改、删除和统计等功能&#xff0c;方便管理人员对退休人员档案信息进行有效管理。 玖拓智能退休人员档案管理系统可以通过录入退休人员的个人信息、退休时间、退休单…
阅读更多...
循环链表的用法

循环链表的用法

7.设 数 组 data[m] 作 为 循 环 队 列 SQ 的 存 储 空 间 &#xff0c;front 为 队 头 指 针 &#xff0c;rear 为 队 尾 指 针 &#xff0c;则 执 行 出 队 操 作 后 其 头 指 针 front 值 为 &#xff08; &#xff09; A&#xff0e;frontfront1 B&#xff0e;front(front1…
阅读更多...
MyBatis是纸老虎吗？（三）

MyBatis是纸老虎吗？（三）

上篇文章——《MyBatis是纸老虎吗&#xff1f;&#xff08;二&#xff09;》——梳理了MyBatis的执行流程&#xff0c;这篇文章想详细聊聊MyBatis的解析过程。当我把这个想法讲个同事时&#xff0c;他不可置信的说道&#xff1a;“这有什么好梳理的&#xff1f;难道你要介绍xml…
阅读更多...
腾讯春招后端一面（算法篇）

腾讯春招后端一面（算法篇）

前言&#xff1a; 哈喽大家好&#xff0c;前段时间在小红书和牛客上发了面试的经验贴&#xff0c;很多同学留言问算法的具体解法&#xff0c;今天就详细写个帖子回复大家。 因为csdn是写的比较详细&#xff0c;所以更新比较慢&#xff0c;大家见谅~~ 就题目而言&#xff0c;…
阅读更多...
实现：mysql-5.7.42 到 mysql-8.2.0 的升级（二进制方式）

实现：mysql-5.7.42 到 mysql-8.2.0 的升级（二进制方式）

实现&#xff1a;mysql-5.7.42 到 mysql-8.2.0 的升级&#xff08;二进制方式&#xff09; 1、操作环境1、查看当前数据库版本2、操作系统版本3、查看 Linux 系统上的 glibc&#xff08;GNU C 库&#xff09;版本&#xff08;**这里很重要&#xff0c;要下载对应的内核mysql版本…
阅读更多...
深入探讨医保购药APP的技术架构与设计思路

深入探讨医保购药APP的技术架构与设计思路

随着移动互联网的发展&#xff0c;医疗保健行业也迎来了数字化转型的浪潮。医保购药APP作为医保体系数字化的一部分&#xff0c;其技术架构和设计思路至关重要。接下来&#xff0c;小编将为您讲解医保购药APP的技术架构与设计思路&#xff0c;为相关从业者提供参考和启发。 一、…
阅读更多...
蓝桥杯第642题——跳蚱蜢

蓝桥杯第642题——跳蚱蜢

题目描述 如下图所示&#xff1a; 有 9 只盘子&#xff0c;排成 1 个圆圈。 其中 8 只盘子内装着 8 只蚱蜢&#xff0c;有一个是空盘。 我们把这些蚱蜢顺时针编号为 1 ~ 8。 每只蚱蜢都可以跳到相邻的空盘中&#xff0c; 也可以再用点力&#xff0c;越过一个相邻的蚱蜢跳到空盘…
阅读更多...
【Maven入门篇】(3)依赖配置，依赖传递，依赖范围，生命周期

【Maven入门篇】(3)依赖配置，依赖传递，依赖范围，生命周期

&#x1f38a;专栏【Maven入门篇】 &#xfeff;> &#x1f354;喜欢的诗句&#xff1a;更喜岷山千里雪 三军过后尽开颜。 &#xfeff;> &#x1f386;音乐分享【The truth that you leave】 &#xfeff;> &#x1f970;欢迎并且感谢大家指出我的问题 文章目录 &…
阅读更多...
Spring之@Value注解

Spring之@Value注解

前言 Value注解在Spring的依赖注入中占据重要地位,这里对Value注解的作用进行演示以及扩展 作用 注入字符串注入属性注入bean其他 代码准备 创建两个普通的bean Component public class ValueComponent { } Component public class Foo {private String sign;public Foo…
阅读更多...
算法——位运算(一篇搞定)

算法——位运算(一篇搞定)

本专栏为大家分享本人学习算法遇到的不同类型的题目以及解析! 此篇文章给大家分享一些关于位运算算法的题目,在开篇还讲述了常见位运算的公式以及题目,如果对您有帮助,麻烦点个关注,如有错误,请您指出! 1.常见位运算总结(包含5道题目) 1.1基础位运算 运算符操作<<左移&…
阅读更多...
Google XSS Game Level 6 通关方式

Google XSS Game Level 6 通关方式

文章目录 链接&#xff1a;[Google XSS Game](#https://xss-game.appspot.com/)Level 6 - Follow the &#x1f407;思路1 &#xff08;当然&#xff0c;我使用这个方式没有成功&#xff0c;所以才来记录下&#xff09;解法2 【最简单的解法】需要注意的一个小问题 链接&#x…
阅读更多...
卡特兰数的部分解析（1）

卡特兰数的部分解析（1）

直接开始 关于卡特兰数有三个公式 这里会解析一下第二个公式的含义 直接上公式 C n C 2 n n − C 2 n n − 1 或者是 C n C 2 n n − C 2 n n 1 C_n C_{2n}^n - C_{2n}^{n-1} 或者是 C_n C_{2n}^n - C_{2n}^{n1} Cn​C2nn​−C2nn−1​或者是Cn​C2nn​−C2nn1​ 解析…
阅读更多...
网络编程—DAY5

网络编程—DAY5

select实现的TCP并发服务器 #include <myhead.h> #define SER_PORT 8888 #define SER_IP "192.168.117.96"int main(int argc, const char *argv[]) {int sfd -1;sfd socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if(sfd -1){perror("socket");return -1;}prin…
阅读更多...
推荐文章
最新文章

Copyright @ 2022~2023