【C++】map & set 底层刨析

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了【C++】map & set 底层刨析。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++】map & set 底层刨析,C++,c++,数据结构

在 C++ STL 库中,map 与 set 的底层为红黑树,那么在不写冗余代码的情况下使用红黑树同时实现 map 与 set 便是本文的重点。

1. 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,需要考虑以下问题:

  • begin()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

    iterator begin()
    {
    	Node* subLeft = _root;
    	while (subLeft && subLeft->_left)
    	{
    		subLeft = subLeft->_left;
    	}
    	return iterator(subLeft);
    }
    
    const_iterator begin() const
    {
    	Node* subLeft = _root;
    	while (subLeft && subLeft->_left)
    	{
    		subLeft = subLeft->_left;
    	}
    	return const_iterator(subLeft);
    }
    
    iterator end()
    {
    	return iterator(nullptr);
    }
    
    const_iterator end() const
    {
    	return const_iterator(nullptr);
    }
    
  • operator++()operator--()

    Self& operator++()
    {
    	if (_node->_right)
    	{
    		// 右子树的中序第一个(最左节点)
    		Node* subLeft = _node->_right;
    		while (subLeft->_left)
    		{
    			subLeft = subLeft->_left;
    		}
    		_node = subLeft;
    	}
    	else
    	{
    		// 祖先里面孩子是父亲左的那个
    		Node* cur = _node;
    		Node* parent = cur->_parent;
    		while (parent && cur == parent->_right)
    		{
    			cur = parent;
    			parent = cur->_parent;
    		}
    		_node = parent;
    	}
    	return *this;
    }
    
    Self& operator--()
    {
    	// 跟++逻辑相反
    	return *this;
    }
    

2. 改造红黑树

#pragma once

enum Color
{
	RED,
	BLACK
};

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

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

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

	Node* _node;

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

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

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

	Self& operator++()
	{
		if (_node->_right)
		{
			// 右子树的中序第一个(最左节点)
			Node* subLeft = _node->_right;
			while (subLeft->_left)
			{
				subLeft = subLeft->_left;
			}
			_node = subLeft;
		}
		else
		{
			// 祖先里面孩子是父亲左的那个
			Node* cur = _node;
			Node* parent = cur->_parent;
			while (parent && cur == parent->_right)
			{
				cur = parent;
				parent = cur->_parent;
			}
			_node = parent;
		}
		return *this;
	}

	Self& operator--()
	{
		// 跟++逻辑相反
		return *this;
	}

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

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

// set->RBTree<K, K, SetKeyOfT>
// map->RBTree<K, pair<K, V>, MapKeyOfT>

// 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
// T:如果是map,则为pair<K, V>;如果是set,则为K
// KeyOfT仿函数,取出T对象中的key
template<class K, class T, class KeyOfT>
class RBTree
{
	typedef RBTreeNode<T> Node;

public:
	typedef RBTreeIterator<T, T*, T&> iterator;
	typedef RBTreeIterator<T, const T*, const T&> const_iterator;

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

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

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

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

	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();
	}

	pair<iterator, bool> Insert(const T& data)
	{
		if (_root == nullptr)
		{
			_root = new Node(data);
			_root->_col = BLACK;
			return make_pair(iterator(_root), true);
		}

		KeyOfT kot;
		Node* parent = nullptr;
		Node* cur = _root;
		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);
			}
		}

		cur = new Node(data);	// 红色的
		Node* newnode = cur;
		if (kot(parent->_data) < kot(data))
		{
			parent->_right = cur;
		}
		else
		{
			parent->_left = cur;
		}
		cur->_parent = parent;

		while (parent && parent->_col == RED)
		{
			Node* grandfather = parent->_parent;
			if (parent == grandfather->_left)
			{
				Node* uncle = grandfather->_right;
				// 情况一:叔叔存在且为红
				if (uncle && uncle->_col == RED)
				{
					// 变色
					parent->_col = uncle->_col = BLACK;
					grandfather->_col = RED;

					// 继续往上处理
					cur = grandfather;
					parent = cur->_parent;
				}
				// 情况二:叔叔不存在或者存在且为黑
				else
				{
					// 旋转+变色
					if (cur == parent->_left)
					{
						//     g
						//   p   u
						// c
						RotateR(grandfather);
						parent->_col = BLACK;
						grandfather->_col = RED;
					}
					else
					{
						//    g
						// p     u
						//   c
						RotateL(parent);
						RotateR(grandfather);
						cur->_col = BLACK;
						grandfather->_col = RED;
					}
					break;
				}
			}
			else
			{
				Node* uncle = grandfather->_left;
				// 情况一:叔叔存在且为红
				if (uncle && uncle->_col == RED)
				{
					// 变色
					parent->_col = uncle->_col = BLACK;
					grandfather->_col = RED;

					// 继续往上处理
					cur = grandfather;
					parent = cur->_parent;
				}
				// 情况二:叔叔不存在或者存在且为黑
				else
				{
					// 旋转+变色
					//   g
					// u   p
					//       c
					if (cur == parent->_right)
					{
						RotateL(grandfather);
						parent->_col = BLACK;
						grandfather->_col = RED;
					}
					else
					{
						//    g
						// u     p
						//     c
						RotateR(parent);
						RotateL(grandfather);
						cur->_col = BLACK;
						grandfather->_col = RED;
					}
					break;
				}
			}
		}
		_root->_col = BLACK;
		return make_pair(iterator(newnode), true);
	}

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

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

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

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

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

		parent->_left = subLR;
		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;
		}
	}

private:
	Node* _root = nullptr;
};

3. map 的模拟实现

map 的底层结构就是红黑树,因此在 map 中直接封装一棵红黑树,然后将其接口包装下即可。

#pragma once

#include "RBTree.h"

namespace tjq
{
	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, const K, MapKeyOfT>::const_iterator const_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();
		}

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

		iterator find(const K& key)
		{
			return _t.Find(key);
		}

		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;
	};
}

4. 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。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-848516.html

#pragma once

#include "RBTree.h"

namespace tjq
{
	template<class K>
	class set
	{
		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;

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

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

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

		iterator find(const K& key)
		{
			return _t.Find(key);
		}

	private:
		RBTree<K, const K, SetKeyOfT> _t;
	};
}

END

到了这里,关于【C++】map & set 底层刨析的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持TOY模板网!

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: 如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请点击违法举报进行投诉反馈,一经查实,立即删除!

领支付宝红包 赞助服务器费用

相关文章

  • 「数据结构」Map&Set

    🎇 个人主页 :Ice_Sugar_7 🎇 所属专栏 :Java数据结构 🎇 欢迎点赞收藏加关注哦! Map和Set是专门用来进行搜索的容器或者数据结构,它们适合动态查找(即在查找时可能会进行一些插入和删除的操作) 我们一般把搜索的数据称为 (Key) ,和对应的称为 值(

    2024年02月22日
    浏览(48)
  • [数据结构]-map和set

    前言 作者 : 小蜗牛向前冲 名言 : 我可以接受失败,但我不能接受放弃   如果觉的博主的文章还不错的话,还请 点赞,收藏,关注👀支持博主。如果发现有问题的地方欢迎❀大家在评论区指正   目录 一、键值对 二、set 1、set的基本知识 2、set的使用  三、map 1、map的基本

    2024年02月04日
    浏览(57)
  • 【数据结构】 Map和Set详解

    Map和set是一种专门用来 进行搜索的容器或者数据结构 ,其搜索的效率与其具体的实例化子类有关。以前常见的 搜索方式有: 直接遍历,时间复杂度为O(N),元素如果比较多效率会非常慢 二分查找,时间复杂度为 ,但搜索前必须要求序列是有序的 上述排序比较适合静态类型的

    2024年02月09日
    浏览(47)
  • 【高阶数据结构】封装Map和Set

    (꒪ꇴ꒪(꒪ꇴ꒪ )🐣,我是 Scort 目前状态:大三非科班啃C++中 🌍博客主页:张小姐的猫~江湖背景 快上车🚘,握好方向盘跟我有一起打天下嘞! 送给自己的一句鸡汤🤔: 🔥真正的大师永远怀着一颗学徒的心 作者水平很有限,如果发现错误,可在评论区指正,感谢🙏 🎉🎉

    2024年01月20日
    浏览(47)
  • 【高阶数据结构】Map 和 Set(详解)

    (꒪ꇴ꒪(꒪ꇴ꒪ )🐣,我是 Scort 目前状态:大三非科班啃C++中 🌍博客主页:张小姐的猫~江湖背景 快上车🚘,握好方向盘跟我有一起打天下嘞! 送给自己的一句鸡汤🤔: 🔥真正的大师永远怀着一颗学徒的心 作者水平很有限,如果发现错误,可在评论区指正,感谢🙏 🎉🎉

    2024年01月23日
    浏览(37)
  • 【1++的数据结构】之map与set(一)

    👍作者主页:进击的1++ 🤩 专栏链接:【1++的数据结构】 像list vector dequeue等这样的容器我们称为序列式容器,原因是由于其底层是线性的数据结构,存储的是元素本身。 关联式容器 与序列式容器的区别在于:关联式容器中存储的是键值对,其数据检索时效率更高。 那么什

    2024年02月11日
    浏览(44)
  • 数据结构 - 7(Map和Set 15000字详解)

    二叉搜索树又称二叉排序树,它或者是一棵空树,或者是具有以下性质的二叉树: 若它的左子树不为空,则左子树上所有节点的值都小于根节点的值 若它的右子树不为空,则右子树上所有节点的值都大于根节点的值 它的左右子树也分别为二叉搜索树 int[] array ={5,3,4,1,7,8,2,6,0

    2024年02月06日
    浏览(37)
  • 【数据结构】 | java中 map和set 详解

    🎗️ 博客新人,希望大家一起加油进步 🎗️ 乾坤未定,你我皆黑马 我们首先来看一下集合的框架结构: Set实现了Collection接口,Map是一个单独存在的接口。 而下面又分别各有两个类,分别是TreeSet(HashSet)和 HashSet(HashMap) Map和Set的作用是用来查找和搜索的;以后涉及到

    2023年04月10日
    浏览(36)
  • Map、Set和哈希表(数据结构系列14)

    目录 前言: 1.搜索树 1.1概念 1.2插入 1.3查找 1.4删除 1.5二叉搜索树整体代码展示  2. Map和Set的讲解 2.1 Map的说明 2.1.1Map的方法 2.2 Set 的说明 2.2.1Set的方法 3.哈希表 3.1哈希表的概念 3.2哈希冲突 3.3冲突的避免 3.4哈希冲突的解决 3.4.1闭散列 3.4.2开散列 结束语: 这节中小编主要与

    2024年02月07日
    浏览(36)
  • 数据结构,Map和Set的使用方法

    在数据结构中我们经常会使用到 Map 和 Set ,Map 和 Set 到底是什么,它怎样去使用呢?因此博主整理出 Map 和 Set 这两个接口的介绍与使用方法。 目录 1. 啥是Map和Set? 1.1 Map和Set的模型 2. Map的使用 2.1Map的说明 2.2 Java中Map常用的方法 3. Set的使用 3.1Java中Set的常用方法  Map 和 Set

    2023年04月26日
    浏览(39)

觉得文章有用就打赏一下文章作者

支付宝扫一扫打赏

博客赞助

微信扫一扫打赏

请作者喝杯咖啡吧~博客赞助

支付宝扫一扫领取红包,优惠每天领

二维码1

领取红包

二维码2

领红包