【C++】模拟实现map和set-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了【C++】模拟实现map和set。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

【C++】模拟实现map和set

1.关联式容器

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。

2 .键值对

用来表示具有一一对应关系的一种结构，该结构中一般只包含两个成员变量key和value，key代表键值，value表示与key对应的信息。比如：现在要建立一个英汉互译的字典，那该字典中必然有英文单词与其对应的中文含义，而且，英文单词与其中文含义是一一对应的关系，即通过该应该单词，在词典中就可以找到与其对应的中文含义。 SGI-STL中关于键值对的定义：

template <class T1, class T2>
struct pair
{
	typedef T1 first_type;
	typedef T2 second_type;
	T1 first;
	T2 second;
	pair() : first(T1()), second(T2())
	{}
	pair(const T1& a, const T2& b) : first(a), second(b)
	{}
};

3.树形结构的关联式容器

根据应用场景的不桶，STL总共实现了两种不同结构的管理式容器：树型结构与哈希结构。树型结构的关联式容器主要有四种：map、set、multimap、multiset。这四种容器的共同点是：使用平衡搜索树(即红黑树)作为其底层结果，容器中的元素是一个有序的序列。下面一依次介绍每一个容器。

3.1 set

3.1.1 set介绍

文档介绍

set是按照一定次序存储元素的容器

在set中，元素的value也标识它(value就是key，类型为T)，并且每个value必须是唯一的。 set中的元素不能在容器中修改(元素总是const)，但是可以从容器中插入或删除它们。

在内部，set中的元素总是按照其内部比较对象(类型比较)所指示的特定严格弱排序准则进行排序。

set容器通过key访问单个元素的速度通常比unordered_set容器慢，但它们允许根据顺序对子集进行直接迭代。 5. set在底层是用二叉搜索树(红黑树)实现的。

注意：

与map/multimap不同，map/multimap中存储的是真正的键值对<key, value>，set中只放value，但在底层实际存放的是由<value, value>构成的键值对。

set中插入元素时，只需要插入value即可，不需要构造键值对。

set中的元素不可以重复(因此可以使用set进行去重)。

使用set的迭代器遍历set中的元素，可以得到有序序列

set中的元素默认按照小于来比较

set中查找某个元素，时间复杂度为： $log_2 n$

set中的元素不允许修改(仔细想想为什么?)

set中的底层使用二叉搜索树(红黑树)来实现。

3.1.2 set的使用

set的模板参数列表

T: set中存放元素的类型，实际在底层存储的键值对。 Compare：set中元素默认按照小于来比较 Alloc：set中元素空间的管理方式，使用STL提供的空间配置器管理

set构造和赋值

功能描述：创建set容器以及赋值

构造：

set<T> st; //默认构造函数：
set(const set &st); //拷贝构造函数

赋值：

set& operator=(const set &st); //重载等号操作符

示例：

#include <set>
void printSet(set<int> & s)
{
	for (set<int>::iterator it = s.begin(); it != s.end(); it++)
	{
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;
}
//构造和赋值
void test01()
{
	set<int> s1;
	s1.insert(10);
	s1.insert(30);
	s1.insert(20);
	s1.insert(40);
	printSet(s1);

	//拷贝构造
	set<int>s2(s1);
	printSet(s2);

	//赋值
	set<int>s3;
	s3 = s2;
	printSet(s3);
}
int main() 
{
	test01();
	return 0;
}

总结：

set容器插入数据时用insert
set容器插入数据的数据会自动排序

set大小和交换

功能描述：

统计set容器大小以及交换set容器

函数原型：

size(); //返回容器中元素的数目
empty(); //判断容器是否为空
swap(st); //交换两个集合容器

示例：

#include <set>
void printSet(set<int> & s)
{
	for (set<int>::iterator it = s.begin(); it != s.end(); it++)
	{
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;
}
//大小
void test01()
{
	set<int> s1;
	s1.insert(10);
	s1.insert(30);
	s1.insert(20);
	s1.insert(40);

	if (s1.empty())
	{
		cout << "s1为空" << endl;
	}
	else
	{
		cout << "s1不为空" << endl;
		cout << "s1的大小为： " << s1.size() << endl;
	}
}
//交换
void test02()
{
	set<int> s1;
	s1.insert(10);
	s1.insert(30);
	s1.insert(20);
	s1.insert(40);

	set<int> s2;
	s2.insert(100);
	s2.insert(300);
	s2.insert(200);
	s2.insert(400);

	cout << "交换前" << endl;
	printSet(s1);
	printSet(s2);
	cout << endl;

	cout << "交换后" << endl;
	s1.swap(s2);
	printSet(s1);
	printSet(s2);
}
int main() 
{
	test01();
	test02();
	return 0;
}

总结：

统计大小 — size
判断是否为空 — empty
交换容器 — swap

set插入和删除

功能描述：

set容器进行插入数据和删除数据

函数原型：

insert(elem); //在容器中插入元素。
clear(); //清除所有元素
erase(pos); //删除pos迭代器所指的元素，返回下一个元素的迭代器。
erase(beg, end); //删除区间[beg,end)的所有元素，返回下一个元素的迭代器。
erase(elem); //删除容器中值为elem的元素。

示例：

#include <set>
void printSet(set<int> & s)
{
	for (set<int>::iterator it = s.begin(); it != s.end(); it++)
	{
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;
}
//插入和删除
void test01()
{
	set<int> s1;
	//插入
	s1.insert(10);
	s1.insert(30);
	s1.insert(20);
	s1.insert(40);
	printSet(s1);
	//删除
	s1.erase(s1.begin());
	printSet(s1);
	s1.erase(30);
	printSet(s1);

	//清空
	//s1.erase(s1.begin(), s1.end());
	s1.clear();
	printSet(s1);
}
int main() 
{
	test01();
	return 0;
}

总结：
- 插入 — insert
- 删除 — erase
- 清空 — clear

set查找和统计

功能描述：
- 对set容器进行查找数据以及统计数据
函数原型：
- find(key); //查找key是否存在,若存在，返回该键的元素的迭代器；若不存在，返回set.end();
- count(key); //统计key的元素个数
示例：

#include <set>
//查找和统计
void test01()
{
	set<int> s1;
	//插入
	s1.insert(10);
	s1.insert(30);
	s1.insert(20);
	s1.insert(40);
	//查找
	set<int>::iterator pos = s1.find(30);
	if (pos != s1.end())
	{
		cout << "找到了元素 ： " << *pos << endl;
	}
	else
	{
		cout << "未找到元素" << endl;
	}
	//统计
	int num = s1.count(30);
	cout << "num = " << num << endl;
}
int main() 
{
	test01();
	return 0;
}

总结：

查找 — find （返回的是迭代器）
统计 — count （对于set，结果为0或者1）

3.2 multiset

3.2.1 multiset的介绍

文档介绍

multiset是按照特定顺序存储元素的容器，其中元素是可以重复的。

在multiset中，元素的value也会识别它(因为multiset中本身存储的就是<value, value>组成的键值对，因此value本身就是key，key就是value，类型为T). multiset元素的值不能在容器中进行修改(因为元素总是const的)，但可以从容器中插入或删除。

在内部，multiset中的元素总是按照其内部比较规则(类型比较)所指示的特定严格弱排序准则进行排序。

multiset容器通过key访问单个元素的速度通常比unordered_multiset容器慢，但当使用迭代器遍历时会得到一个有序序列。

multiset底层结构为二叉搜索树(红黑树)。

注意：

multiset中再底层中存储的是<value, value>的键值对

mtltiset的插入接口中只需要插入即可

与set的区别是，multiset中的元素可以重复，set是中value是唯一的

使用迭代器对multiset中的元素进行遍历，可以得到有序的序列

multiset中的元素不能修改

在multiset中找某个元素，时间复杂度为 $O(log_2 N)$

multiset的作用：可以对元素进行排序

注意：multimap和map的唯一不同就是：map中的key是唯一的，而multimap中key是可以重复的。

3.2.2 multimap的使用

multimap中的接口可以参考map，功能都是类似的。
注意：

multimap中的key是可以重复的。
multimap中的元素默认将key按照小于来比较
multimap中没有重载operator[]操作(思考下为什么?)。
使用时与map包含的头文件相同：

示例：

#include <set>
//set和multiset区别
void test01()
{
	set<int> s;
	pair<set<int>::iterator, bool>  ret = s.insert(10);
	if (ret.second) 
    {
		cout << "第一次插入成功!" << endl;
	}
	else 
    {
		cout << "第一次插入失败!" << endl;
	}
	ret = s.insert(10);
	if (ret.second) 
    {
		cout << "第二次插入成功!" << endl;
	}
	else 
    {
		cout << "第二次插入失败!" << endl;
	}
	//multiset
	multiset<int> ms;
	ms.insert(10);
	ms.insert(10);
	for (multiset<int>::iterator it = ms.begin(); it != ms.end(); it++) 
    {
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;
}
int main() 
{
	test01();
	return 0;
}

总结：

如果不允许插入重复数据可以利用set
如果需要插入重复数据利用multiset

3.3 map

3.3.1 map的介绍

文档介绍

map是关联容器，它按照特定的次序(按照key来比较)存储由键值key和值value组合而成的元素。

在map中，键值key通常用于排序和惟一地标识元素，而值value中存储与此键值key关联的内容。键值key和值value的类型可能不同，并且在map的内部，key与value通过成员类型value_type绑定在一起，为其取别名称为pair:typedef pair<const key, T> value_type;

在内部，map中的元素总是按照键值key进行比较排序的。

map中通过键值访问单个元素的速度通常比unordered_map容器慢，但map允许根据顺序对元素进行直接迭代(即对map中的元素进行迭代时，可以得到一个有序的序列)。

map支持下标访问符，即在[]中放入key，就可以找到与key对应的value。

map通常被实现为二叉搜索树(更准确的说：平衡二叉搜索树(红黑树))。

3.3.2 map的使用

map的模板参数说明

【C++】模拟实现map和set

key: 键值对中key的类型
T：键值对中value的类型
Compare: 比较器的类型，map中的元素是按照key来比较的，缺省情况下按照小于来比较，一般情况下(内置类型元素)该参数不需要传递，如果无法比较时(自定义类型)，需要用户自己显式传递比较规则(一般情况下按照函数指针或者仿函数来传递)
Alloc：通过空间配置器来申请底层空间，不需要用户传递，除非用户不想使用标准库提供的空间配置器
注意：在使用map时，需要包含头文件。

map构造和赋值

函数原型：

构造：

map<T1, T2> mp; //map默认构造函数:
map(const map &mp); //拷贝构造函数

赋值：

map& operator=(const map &mp); //重载等号操作符

#include <map>
void printMap(map<int,int>&m)
{
	for (map<int, int>::iterator it = m.begin(); it != m.end(); it++)
	{
		cout << "key = " << it->first << " value = " << it->second << endl;
	}
	cout << endl;
}
void test01()
{
	map<int,int>m; //默认构造
	m.insert(pair<int, int>(1, 10));
	m.insert(pair<int, int>(2, 20));
	m.insert(pair<int, int>(3, 30));
	printMap(m);

	map<int, int>m2(m); //拷贝构造
	printMap(m2);

	map<int, int>m3;
	m3 = m2; //赋值
	printMap(m3);
}

int main() 
{
	test01();
	return 0;
}

总结：map中所有元素都是成对出现，插入数据时候要使用对组

map大小和交换

统计map容器大小以及交换map容器

函数原型：

size(); //返回容器中元素的数目
empty(); //判断容器是否为空
swap(st); //交换两个集合容器

示例：

#include <map>
void printMap(map<int,int>&m)
{
	for (map<int, int>::iterator it = m.begin(); it != m.end(); it++)
	{
		cout << "key = " << it->first << " value = " << it->second << endl;
	}
	cout << endl;
}
void test01()
{
	map<int, int>m;
	m.insert(pair<int, int>(1, 10));
	m.insert(pair<int, int>(2, 20));
	m.insert(pair<int, int>(3, 30));

	if (m.empty())
	{
		cout << "m为空" << endl;
	}
	else
	{
		cout << "m不为空" << endl;
		cout << "m的大小为： " << m.size() << endl;
	}
}
//交换
void test02()
{
	map<int, int>m;
	m.insert(pair<int, int>(1, 10));
	m.insert(pair<int, int>(2, 20));
	m.insert(pair<int, int>(3, 30));

	map<int, int>m2;
	m2.insert(pair<int, int>(4, 100));
	m2.insert(pair<int, int>(5, 200));
	m2.insert(pair<int, int>(6, 300));

	cout << "交换前" << endl;
	printMap(m);
	printMap(m2);

	cout << "交换后" << endl;
	m.swap(m2);
	printMap(m);
	printMap(m2);
}
int main() 
{
	test01()
	test02();
	return 0;
}

总结：

统计大小 — size
判断是否为空 — empty
交换容器 — swap

map插入和删除
- map容器进行插入数据和删除数据
函数原型：
- insert(elem); //在容器中插入元素。
- clear(); //清除所有元素
- erase(pos); //删除pos迭代器所指的元素，返回下一个元素的迭代器。
- erase(beg, end); //删除区间[beg,end)的所有元素，返回下一个元素的迭代器。
- erase(key); //删除容器中值为key的元素。
示例：

#include <map>

void printMap(map<int,int>&m)
{
	for (map<int, int>::iterator it = m.begin(); it != m.end(); it++)
	{
		cout << "key = " << it->first << " value = " << it->second << endl;
	}
	cout << endl;
}
void test01()
{
	//插入
	map<int, int> m;
	//第一种插入方式
	m.insert(pair<int, int>(1, 10));
	//第二种插入方式
	m.insert(make_pair(2, 20));
	//第三种插入方式
	m.insert(map<int, int>::value_type(3, 30));
	//第四种插入方式
	m[4] = 40; 
	printMap(m);

	//删除
	m.erase(m.begin());
	printMap(m);

	m.erase(3);
	printMap(m);

	//清空
	m.erase(m.begin(),m.end());
	m.clear();
	printMap(m);
}
int main() 
{
	test01();
	return 0;
}

总结：

map插入方式很多，make_pair()和[]比较常用

插入 — insert
删除 — erase
清空 — clear

map查找和统计
- 对map容器进行查找数据以及统计数据
函数原型：
- find(key); //查找key是否存在,若存在，返回该键的元素的迭代器；若不存在，返回set.end();
- count(key); //统计key的元素个数
示例：

#include <map>
//查找和统计
void test01()
{
	map<int, int>m; 
	m.insert(pair<int, int>(1, 10));
	m.insert(pair<int, int>(2, 20));
	m.insert(pair<int, int>(3, 30));
	//查找
	map<int, int>::iterator pos = m.find(3);
	if (pos != m.end())
	{
		cout << "找到了元素 key = " << (*pos).first << " value = " << (*pos).second << endl;
	}
	else
	{
		cout << "未找到元素" << endl;
	}
	//统计
	int num = m.count(3);
	cout << "num = " << num << endl;
}
int main() 
{
	test01();
	return 0;
}

总结：

查找 — find （返回的是迭代器）
统计 — count （对于map，结果为0或者1）

map容器排序
- map容器默认排序规则为按照key值进行从小到大排序，掌握如何改变排序规则
- 利用仿函数，可以改变排序规则

示例：

#include <map>
class MyCompare 
{
public:
	bool operator()(int v1, int v2) 
    {
		return v1 > v2;
	}
};
void test01() 
{
	//默认从小到大排序
	//利用仿函数实现从大到小排序
	map<int, int, MyCompare> m;
	m.insert(make_pair(1, 10));
	m.insert(make_pair(2, 20));
	m.insert(make_pair(3, 30));
	m.insert(make_pair(4, 40));
	m.insert(make_pair(5, 50));
	for (map<int, int, MyCompare>::iterator it = m.begin(); it != m.end(); it++) 
    {
		cout << "key:" << it->first << " value:" << it->second << endl;
	}
}
int main() 
{
	test01();
	return 0;
}

总结：

利用仿函数可以指定map容器的排序规则
对于自定义数据类型，map必须要指定排序规则,同set容器

3.4 multimap

3.4.1 multimap的介绍

文档介绍

Multimaps是关联式容器，它按照特定的顺序，存储由key和value映射成的键值对<key,value>，其中多个键值对之间的key是可以重复的。

在multimap中，通常按照key排序和惟一地标识元素，而映射的value存储与key关联的内容。key和value的类型可能不同，通过multimap内部的成员类型value_type组合在一起，value_type是组合key和value的键值对:typedef pair<const Key, T> value_type;

在内部，multimap中的元素总是通过其内部比较对象，按照指定的特定严格弱排序标准对key进行排序的。

multimap通过key访问单个元素的速度通常比unordered_multimap容器慢，但是使用迭代器直接遍历multimap中的元素可以得到关于key有序的序列。

multimap在底层用二叉搜索树(红黑树)来实现。

注意：multimap和map的唯一不同就是：map中的key是唯一的，而multimap中key是可以重复的。

3.4.2 multimap的使用

multimap中的接口可以参考map，功能都是类似的。
注意：

multimap中的key是可以重复的。

multimap中的元素默认将key按照小于来比较

multimap中没有重载operator[]操作(思考下为什么?)。

使用时与map包含的头文件相同

4. 红黑树模拟实现STL中的map与set

传送门:快速过一遍红黑树

4.1 实现红黑树的迭代器

迭代器的好处是可以方便遍历，是数据结构的底层实现与用户透明。如果想要给红黑树增加迭代器，需要考虑以前问题

begin()与end()
STL明确规定，begin()与end()代表的是一段前闭后开的区间，而对红黑树进行中序遍历后，可以得到一个有序的序列，因此：begin()可以放在红黑树中最小节点(即最左侧节点)的位置，end()放在最大节点(最右侧节点)的下一个位置，关键是最大节点的下一个位置在哪块？
能否给成nullptr呢？答案是行不通的，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，此处就不行，因此最好的方式是将end()放在头结点的位置：

【C++】模拟实现map和set

operator++()与operator–()

Self operator++()
{
	Node* cur = _node;
	if (cur->_right)//如果存在右子树，则找右子树最左节点(本质就是右子树的最小节点)
	{
		cur = cur->_right;
		while (cur->_left)
		{
			cur = cur->_left;
		}
		_node = cur;
	}
	else//没有右子树，就找孩子是父亲左孩子的节点
	{
		Node* parent = cur->_parent;
		while (parent != _header && parent->_left != cur)
		{
			cur = parent;
			parent = cur->_parent;
		}
		_node = parent;
	}
	return *this;
}

Self operator--()
{
	if (_node == _header)//如果迭代器的位置是end,那么--之后就是最大值
	{
		Node* cur = _header->_parent;
		while (cur->_right)
		{
			cur = cur->_right;
		}
		_node = cur;
	}
	else//正常节点的情况
	{
		Node* cur = _node;
		if (cur->_left)//如果存在左子树，就找左子树的最右节点(本质就是左子树的最大节点)
		{
			cur = cur->_left;
			while (cur->_right)
			{
				cur = cur->_right;
			}
			_node = cur;
		}
		else//找孩子是父亲的右孩子节点
		{
			Node* parent = cur->_parent;
			while (parent != _header && parent->_right != cur)
			{
				cur = parent;
				parent = cur->_parent;
			}
			_node = parent;
		}
	}

	return *this;
}

4.2 改造红黑树

在上一文章快速过一遍红黑树中,我们实现的黑红树并非是关联式,因为要实现map这样的容器,我们需要进行改造

大体框架如下:

// 因为关联式容器中存储的是<key, value>的键值对，因此
// k为key的类型，
// ValueType: 如果是map，则为pair<K, V>; 如果是set，则为k
// KeyOfValue: 通过value来获取key的一个仿函数类
template<class K, class ValueType, class KeyOfValue>
class RBTree
{
	typedef RBTreeNode<ValueType> Node;
	typedef Node* PNode;
public:
	typedef RBTreeIterator<ValueType, ValueType*, ValueType&> iterator;
public:
	RBTree();
	~RBTree()
		/
		// Iterator
	iterator Begin() { return iterator(_pHead->_pLeft); }
	iterator End() { return iterator(_pHead); }
	//
	// Modify
	pair<iterator, bool> Insert(const ValueType& data)
	{
		// 插入节点并进行调整
		// 参考下面代码...
		return make_pair(Iterator(pNewNode), true);
	}
	// 将红黑树中的节点清空
	void Clear();
	iterator Find(const K& key);
	//
	// capacity
	size_t Size()const;
	bool Empty()const;
	// ……
private:
	PNode _pHead;
	size_t _size; // 红黑树中有效节点的个数
};

具体代码如下

#pragma once 
#include <iostream>
#include <time.h>
#include <assert.h>
namespace hdm
{
	enum Color
	{
		BLACK,	//黑色
		RED,	//红色
	};

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

		RBTreeNode(const T& data=T())
			:_data(data),_left(nullptr),_right(nullptr),_parent(nullptr),_col(RED)//默认给节点红色
		{}
	};

	template<class T,class Ptr,class Ref>
	class _RBTreeIterator
	{
	public:
		typedef _RBTreeIterator<T, Ptr, Ref> Self;
		typedef _RBTreeIterator<T, T*, T&> iterator;

		typedef RBTreeNode<T> Node;
		_RBTreeIterator(Node* node,Node* header):_node(node),_header(header){}

		_RBTreeIterator(const iterator& it)
			:_node(it._node),_header(it._header)
		{}


		Self operator++()
		{
			Node* cur = _node;
			if (cur->_right)//如果存在右子树，则找右子树最左节点(本质就是右子树的最小节点)
			{
				cur = cur->_right;
				while (cur->_left)
				{
					cur = cur->_left;
				}
				_node = cur;
			}
			else//没有右子树，就找孩子是父亲左孩子的节点
			{
				Node* parent = cur->_parent;
				while (parent!=_header&&parent->_left != cur)
				{
					cur = parent;
					parent = cur->_parent;
				}
				_node = parent;
			}
			return *this;
		}

		Self operator--()
		{
			if (_node == _header)//如果迭代器的位置是end,那么--之后就是最大值
			{
				Node* cur = _header->_parent;
				while (cur->_right)
				{
					cur = cur->_right;
				}
				_node = cur;
			}
			else//正常节点的情况
			{
				Node* cur = _node;
				if (cur->_left)//如果存在左子树，就找左子树的最右节点(本质就是左子树的最大节点)
				{
					cur = cur->_left;
					while (cur->_right)
					{
						cur = cur->_right;
					}
					_node = cur;
				}
				else//找孩子是父亲的右孩子节点
				{
					Node* parent = cur->_parent;
					while (parent != _header && parent->_right != cur)
					{
						cur = parent;
						parent = cur->_parent;
					}
					_node = parent;
				}
			}
			
			return *this;
		}

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

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

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

		bool operator!=(const Self& it)const
		{
			return _node != it._node;
		}
	//private:
		Node* _node;
		Node* _header;
	};

	template<class K,class T,class KeyOfT>
	class RBTree
	{
	public:
		typedef RBTreeNode<T> Node;
		typedef _RBTreeIterator<T, T*, T&> iterator;
		typedef _RBTreeIterator<T, const T*, const T&> const_iterator;


		iterator begin()
		{
			Node* cur = _header->_parent;
			while (cur->_left)
			{
				cur = cur->_left;
			}
			return iterator(cur, _header);
		}

		iterator end()
		{
			return iterator(_header, _header);
		}

		const_iterator begin()const 
		{
			Node* cur = _header->_parent;
			while (cur->_left)
			{
				cur = cur->_left;
			}
			return const_iterator(cur, _header);
		}
		const_iterator end()const 
		{
			return const_iterator(_header, _header);
		}

		std::pair<iterator,bool> Insert(const T& data)
		{
			if (_header == nullptr)
			{
				_header = new Node();
				Node* root = new Node(data);
				root->_parent = _header;
				_header->_parent = root;
				_header->_left = _header->_right = root;
				_header->_col = BLACK;
				++_size;
				return std::make_pair(iterator(_header->_parent, _header), true);
			}

			Node* cur = _header->_parent;
			Node* parent = cur;//记录cur的父亲
			while (cur)
			{
				if (KeyOfT()(cur->_data) > KeyOfT()(data))
				{
					parent = cur;
					cur = cur->_left;
				}
				else if (KeyOfT()(cur->_data) < KeyOfT()(data))
				{
					parent = cur;
					cur = cur->_right;
				}
				else
				{
					return std::make_pair(iterator(cur, _header),false);//不允许插入重复节点
				}
			}

			//判断kv和parent的关系，确定kv的位置
			cur = new Node(data);
			Node* newnode = cur;
			if (KeyOfT()(parent->_data) > KeyOfT()(data))
			{
				parent->_left = cur;
			}
			else
			{
				parent->_right = cur;
			}
			cur->_parent = parent;

			//判断是否符合黑红树规则
			while (parent!=_header && parent->_col == RED)
			{
				//三种情况
				//1.叔叔节点存在而且为空
				//2.叔叔节点不存在或者存在且为黑，插入节点与parent同侧
				//3.叔叔节点不存在或者存在且为黑，插入节点与parent不同侧
				//注意分左右侧，细分一共6种
				Node* grandparent = parent->_parent;
				if (grandparent->_left == parent)//在左子树处理
				{
					//叔叔节点位置在parent另一侧
					Node* uncle = grandparent->_right;
					if (uncle && uncle->_col == RED)//情况一：叔叔节点存在而且为红
					{
						//直接变色处理:parent和uncle变黑，grandparent变红
						parent->_col = uncle->_col = BLACK;
						grandparent->_col = RED;

						//这种改grandparent的情况要继续往上处理
						cur = grandparent;
						parent = cur->_parent;
					}
					else//这种情况就是uncle不是红色或者不存在
					{
						//分两种情况：
						//1.parent和cur同侧
						//2.parent和cur不同侧
						if (parent->_left == cur)//同侧的情况
						{
							//对grandparent右单旋+变色
							RotateR(grandparent);
							parent->_col = BLACK;
							grandparent->_col = RED;
						}
						else//不同侧的情况
						{
							//左右旋+变色
							//对parent左单旋，再对grandparent右单旋
							RotateL(parent);
							RotateR(grandparent);
							cur->_col = BLACK;
							grandparent->_col = RED;
						}
						break;//这种情况替换了grandparent但是原来黑的位置不变，不会影响其他
					}
				}
				else//在右子树处理--跟上面相反
				{
					Node* uncle = grandparent->_left;
					if (uncle&& uncle->_col == RED)
					{
						//变色处理
						grandparent->_col = RED;
						parent->_col = uncle->_col = BLACK;

						//向上处理
						cur = grandparent;
						parent = cur->_parent;
					}
					else
					{
						if (parent->_right == cur)//同侧
						{
							//左单旋+变色
							RotateL(grandparent);
							grandparent->_col = RED;
							parent->_col = BLACK;
						}
						else//不同侧
						{
							//右左旋+变色
							//对parent右单旋+对grandparent左单旋+变色
							RotateR(parent);
							RotateL(grandparent);
							grandparent->_col = RED;
							cur->_col = BLACK;
						}
						break;
					}
				}

			}//while end

			_header->_parent->_col = BLACK;//保证根节点是黑色
			update_header();//更新虚拟头节点的孩子指向
			++_size;
			return std::make_pair(iterator(newnode, _header),true);
		}//Insert end

		size_t size()const
		{
			return _size;
		}
		iterator Find(const K& x)
		{
			Node* cur = _header->_parent;
			while (cur)
			{
				if (KeyOfT()(cur->_data) > KeyOfT()(x))
				{
					cur = cur->_left;
				}
				else if (KeyOfT()(cur->_data) < KeyOfT()(x))
				{
					cur = cur->_right;
				}
				else
				{
					return iterator(cur,_header);
				}
			}
			return iterator(cur, _header);
		}
		void InorderTree()
		{
			InorderTree(_header->_parent);
		}
		bool IsValidRBTree()
		{
			if (_header->_parent == nullptr)//空树也是红黑树
				return true;
			if (_header->_parent->_col != BLACK)
			{
				std::cout << "违反了红黑树性质二：根节点必须为黑色" << std::endl;
				return false;
			}
			//获取任意一个节点的黑色节点
			size_t blackCount = 0;
			Node* cur = _header->_parent;
			while (cur)
			{
				if (cur->_col == BLACK)
					blackCount++;
				cur = cur->_left;
			}
			// 检测是否满足红黑树的性质，k用来记录路径中黑色节点的个数
			size_t k = 0;
			return IsValidRBTree(_header->_parent, blackCount, k);
		}

		void clear()
		{
			Node* cur = _header->_parent;
			clear(cur);
			_size = 0;
			delete _header;
		}

		bool empty()
		{
			return _size == 0;
		}
	private:
		void clear(Node* root)
		{
			if (root == nullptr)
				return;
			clear(root->_left);
			clear(root->_right);
			//--_size;
			delete root;
		}
		void update_header()//创建虚拟头节点与_root连接or更新虚拟头节点的指向
		{
			Node* root = _header->_parent;
			//找最小节点
			Node* left_min = root;
			while (left_min->_left)
			{
				left_min = left_min->_left;
			}
			//找最大节点
			Node* right_max = root;
			while (right_max->_right)
			{
				right_max = right_max->_right;
			}
			//hander的左孩子连接最小节点,右孩子连最大节点
			_header->_left = left_min;
			_header->_right = right_max;
		}

		void InorderTree(Node* root)
		{
			if (root == nullptr)
				return;
			InorderTree(root->_left);
			std::cout << root->_kv.first<<":"<<root->_kv.second << " ";
			InorderTree(root->_right);
		}
		void RotateL(Node* parent)//左单旋
		{
			Node* subR = parent->_right;
			Node* subRL = subR->_left;

			Node* pparent = parent->_parent;

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

			subR->_left = parent;
			parent->_parent = subR;
			subR->_parent = pparent;
			if (pparent == _header)
			{
				//那么subR就是新的根节点
				_header->_parent = subR;
			}
			else
			{
				//判断subR在pparent的那一侧
				if (KeyOfT()(pparent->_data) > KeyOfT()(subR->_data) )
				{
					pparent->_left = subR;
				}
				else
				{
					pparent->_right = subR;
				}
			}
		}

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

			Node* pparent = parent->_parent;

			//连接
			parent->_left = subLR;
			if (subLR)
				subLR->_parent = parent;
			parent->_parent = subL;
			subL->_right = parent;
			subL->_parent = pparent;
			if (pparent == _header)
			{
				_header->_parent = subL;
			}
			else
			{
				//判断位于那一侧
				if (KeyOfT()(pparent->_data) > KeyOfT()(subL->_data))
				{
					pparent->_left = subL;
				}
				else
				{
					pparent->_right = subL;
				}
			}
		}

		bool IsValidRBTree(Node* root, size_t blackCount, size_t k)
		{
			//走到null之后，判断k和black是否相等
			if (root == nullptr)
			{
				if (k != blackCount)
				{
					std::cout << "违反性质四：每条路径中黑色节点的个数必须相同" << std::endl;
					return false;
				}
				return true;
			}
			// 统计黑色节点的个数
			if (root->_col == BLACK)
				k++;
			// 检测当前节点与其双亲是否都为红色
			Node* parent = root->_parent;
			if (parent && parent->_col == RED && root->_col == RED)
			{
				std::cout << "违反性质三：不能存在连在一起的红色节点" << std::endl;
				return false;
			}
			return IsValidRBTree(root->_left, blackCount, k) &&
				IsValidRBTree(root->_right, blackCount, k);
		}
	private:
		Node* _header = nullptr;//哨兵位头节点
		size_t _size = 0;// 红黑树中有效节点的个数
	};
}

4.3 set的模拟实现

set的底层为红黑树，因此只需在set内部封装一棵红黑树，即可将该容器实现出来

#pragma once
#include "RBTree.h"
#include <iostream>
using namespace std;
namespace hdm
{
	template<class K>
	class KeyofK
	{
	public:
		const K& operator()(const K& key)
		{
			return key;
		}
	};

	template<class K>
	class set
	{
	public:
		typedef typename hdm::RBTree<K,K,KeyofK<K>>::const_iterator iterator;
		typedef typename hdm::RBTree<K, K, KeyofK<K>>::const_iterator const_iterator;

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

		iterator begin()const
		{
			return _t.begin();
		}
		iterator end()const
		{
			return _t.end();
		}
		bool empty()
		{
			return _t.empty();
		}
		size_t size()
		{
			return _t.size();
		}
	private:
		hdm::RBTree<K, K, KeyofK<K>> _t;
	};


	void test_set()
	{
		int a[] = { 4, 2, 6, 1, 3, 5, 15, 7, 16, 14 };
		set<int> s;
		for (auto e : a)
		{
			s.insert(e);
		}

		set<int>::iterator it = s.begin();
		while (it != s.end())
		{
			//(*it)++;
			//++(*it);
			cout << *it << " ";
			++it;
		}
		cout << endl;

		for (auto e : s)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;
	}
}

4.4 map的模拟实现

map的底层结构就是红黑树，因此也是在map中直接封装一棵红黑树，然后将其接口包装下即可文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-429510.html

#pragma once
#include "RBTree.h"
namespace hdm
{
	template<class K,class V>
	class keyofV
	{
	public:
		const K& operator()(const std::pair<K, V>& kv)
		{
			return kv.first;
		}
	};

	template<class K,class V>
	class map
	{
	public:
		typedef typename hdm::RBTree<K,std::pair<const K, V>, keyofV<K, V>>::iterator iterator;

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

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

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

		void clear()
		{
			_t.clear();
		}

		bool empty()
		{
			return _t.empty();
		}

	private:
		hdm::RBTree<K,std::pair<const K, V>, keyofV<K,V>> _t;
	};

    
    //测试代码
	void test_map()
	{
		int a[] = { 4, 2, 6, 1, 3, 5, 15, 7, 16, 14 };
		map<int, int> m;
		for (auto e : a)
		{
			if(e == 14)
				int i = 14;
			m.insert(std::make_pair(e, e));
		}
		//for (auto& e : m)
		//{
		//	cout << e.first << ":" << e.second << endl;
		//}
		auto it = m.begin();
		while (it != m.end())
		{
			std::cout << it->first << ":" << it->second << std::endl;
			++it;
		}

		it = m.end();
		while (it != m.begin())
		{
			--it;
			std::cout << it->first << ":" << it->second << std::endl;
		}
		cout << "总数" << m.size() << endl;
		cout << "empty:" << m.empty() << endl;
		m.clear();
		cout << "clear().." << endl;
		cout << "empty:" << m.empty() << endl;

		cout << "总数" << m.size() << endl;

	}


	void TestMap()
	{
		//统计水果出现的次数
		std::string arr[] = { "苹果", "西瓜", "香蕉", "草莓", "苹果", "西瓜", "苹果", "苹果", "西瓜", "苹果", "香蕉", "苹果", "香蕉" };
		map<string, int> mapcount;
		for (auto& e : arr)
		{
			mapcount[e]++;
		}

		for (auto& e : mapcount)
		{
			cout << e.first << ":" << e.second << endl;
		}
	}

}//namespace end