27 map和set封装

map和set可以采用两套红黑树实现，也可以用同一个红黑树，就需要对前面的结构进行修改
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()和end()

stl明确规定，begin和edn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放在最大结点（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？如果给成nullptr，end的–操作要能找到最后一个元素的位置，最好的方式是将end放在头节点的位置

在这里插入图片描述

迭代器结构

在红黑树中提供一个迭代器类，提供基本的*，->，++，–等运算符重载。变量时一个节点指针，用节点来初始化迭代器
在这里插入图片描述
加入上面构造的好处
固定的普通迭代器初始化这个迭代器类，参数模板都用T，如果T传入的是普通迭代器，就是拷贝构造，如果是cosnt迭代器，就支持用普通迭代器隐式转换常量迭代器，保证set的key不能修改

++和–

迭代器的++是按中序遍历的顺序找到下一个元素，遵循中序的原则。规则是：当前节点判断它的右节点有没有节点，如果有，就找到右子树中最小的，也就是最左的结点。如果是空，就看它是双亲的左还是右，如果是左，按中序原则就到它的父亲位置，如果是右，说明这颗子树遍历完毕，向上重复直到找到cur是par的左节点的时候，如果到end的位置就结束

self& operator++()
{//1.右不为空,找右树最左节点if (_node->_right != nullptr){node* subleft = _node->_right;while (subleft->_left){subleft = subleft->_left;}_node = subleft;}else{//2.右为空,沿着路径找孩子是父亲左的祖先node* cur = _node;node* parent = cur->_parent;while (parent && parent->_right == cur){cur = parent;parent = parent->_parent;}_node = parent;}return *this;
}

–和++的操作是镜像的，左为空，找是右子树的结点

self& operator--()
{//1.左不为空,找左树最右节点if (_node->_left != nullptr){node* subright = _node->_left;while (subright->_right){subright = subright->_right;}_node = subright;}else{//2.左为空,沿着路径找孩子是父亲右的祖先node* cur = _node;node* parent = cur->_parent;while (parent && parent->_left == cur){cur = parent;parent = parent->_parent;}_node = parent;}return *this;
}

全

enum color
{RED,BLACK
};
template <class T>
struct TreeNode
{struct TreeNode<T>* _parent;struct TreeNode<T>* _left;struct TreeNode<T>* _right;T _data;color _col;TreeNode(T data):_parent(nullptr), _left(nullptr), _right(nullptr), _data(data), _col(RED){}
};
template <class T, class Ref, class Ptr>
struct __RBTreeIterator
{typedef TreeNode<T> node;typedef __RBTreeIterator<T, Ref, Ptr> self;node* _node;__RBTreeIterator(node* cur):_node(cur){}//普通迭代器，当迭代器是普通时是拷贝构造，是const迭代器时支持普通转换const__RBTreeIterator(const __RBTreeIterator<T, T&, T*>& it){_node = it._node;}Ref operator*(){return _node->_data;}Ptr operator->(){return &_node->_data;}bool operator!=(const self& x){return x._node != _node;}self& operator++(){//1.右不为空,找右树最左节点if (_node->_right != nullptr){node* subleft = _node->_right;while (subleft->_left){subleft = subleft->_left;}_node = subleft;}else{//2.右为空,沿着路径找孩子是父亲左的祖先node* cur = _node;node* parent = cur->_parent;while (parent && parent->_right == cur){cur = parent;parent = parent->_parent;}_node = parent;}return *this;}self& operator--(){//1.左不为空,找左树最右节点if (_node->_left != nullptr){node* subright = _node->_left;while (subright->_right){subright = subright->_right;}_node = subright;}else{//2.左为空,沿着路径找孩子是父亲右的祖先node* cur = _node;node* parent = cur->_parent;while (parent && parent->_left == cur){cur = parent;parent = parent->_parent;}_node = parent;}return *this;}};

begin和end

红黑树提供begin和end功能，begin返回最左的元素，也就是最小的值。end返回空迭代器

typedef __RBTreeIterator<T, T&, T*> iterator;
typedef __RBTreeIterator<T, const T&, const T*> const_iterator;iterator begin()
{//中序第一个,最左节点node* cur = _root;while (cur && cur->_left){cur = cur->_left;}return iterator(cur);
}const_iterator begin() const
{//中序第一个,最左节点node* cur = _root;while (cur && cur->_left){cur = cur->_left;}return const_iterator(cur);
}iterator end()
{return iterator(nullptr);
}const_iterator end() const
{return const_iterator(nullptr);
}

insert返回值

insert的返回值返回pair，第一个参数是iterator，第二个参数插入成功或失败，如果插入成功，就返回插入位置，插入失败，就返回已经存在的数据位置

insert比较

set是比较key的值，而map传入的值是pair，pair本身的比较规则是先比较first，first相等比较second。而我们想要的是只比较first，所以要统一两个的比较方法
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

模板里传入一个KeyOfT，是一个仿函数，根据不同的T的类型，取到set和map用于比较的元素

std::pair<iterator, bool> insert(const T& data)
{KeyOfT kot;if (_root == nullptr){_root = new node(data);_root->_col = BLACK;return std::make_pair(iterator(_root), true);}node* parent = nullptr;node* cur = _root;while (cur){parent = cur;if (kot(data) < kot(cur->_data)){cur = cur->_left;}else if (kot(data) > kot(cur->_data)){cur = cur->_right;}else{return std::make_pair(iterator(cur), false);;}}//插入cur = new node(data);node* newnode = cur;cur->_parent = parent;if (data < parent->_data){parent->_left = cur;}else{parent->_right = cur;}//父节点是红色调整while (parent && parent->_col == RED){node* gdparent = parent->_parent;node* uncle;if (gdparent->_left == parent){uncle = gdparent->_right;//第一种情况 叔叔节点是红色,变色if (uncle && uncle->_col == RED){parent->_col = uncle->_col = BLACK;gdparent->_col = RED;}//第二种情况 分左右//     g//  par  un// curelse{if (cur == parent->_left){RotateRight(gdparent);parent->_col = BLACK;gdparent->_col = RED;}//     g//  par  un//    curelse{RotateLeft(parent);RotateRight(gdparent);cur->_col = BLACK;parent->_col = RED;gdparent->_col = RED;}break;}}else{uncle = gdparent->_left;if (uncle && uncle->_col == RED){parent->_col = uncle->_col = BLACK;gdparent->_col = RED;}else{if (cur == parent->_right){RotateLeft(gdparent);parent->_col = BLACK;gdparent->_col = RED;}//     g//  par  un//    curelse{RotateRight(parent);RotateLeft(gdparent);cur->_col = BLACK;//parent->_col = RED;gdparent->_col = RED;}break;}}cur = gdparent;parent = cur->_parent;}//根必须是黑色_root->_col = BLACK;return std::make_pair(iterator(newnode), true);;
}

set和map的仿函数如下：

struct SetOfK
{const K& operator()(const K& key){return key;}
};

struct SetOfV
{const K& operator()(const std::pair<const K, V>& kv){return kv.first;}
};

全

#pragma once
#include <iostream>
#include <assert.h>
#include <queue>template <class K, class T, class KeyOfT>
class RBTree
{typedef TreeNode<T> node;
public:typedef __RBTreeIterator<T, T&, T*> iterator;typedef __RBTreeIterator<T, const T&, const T*> const_iterator;iterator begin(){//中序第一个,最左节点node* cur = _root;while (cur && cur->_left){cur = cur->_left;}return iterator(cur);}const_iterator begin() const{//中序第一个,最左节点node* cur = _root;while (cur && cur->_left){cur = cur->_left;}return const_iterator(cur);}iterator end(){return iterator(nullptr);}const_iterator end() const{return const_iterator(nullptr);}node* find(const K& key){KeyOfT kot;if (_root == nullptr){return nullptr;}node* cur = _root;while (cur){if (kot(key) < kot(cur->_data)){cur = cur->_left;}else if (kot(key) > kot(cur->_data)){cur = cur->_right;}else{return cur;}}return nullptr;}std::pair<iterator, bool> insert(const T& data){KeyOfT kot;if (_root == nullptr){_root = new node(data);_root->_col = BLACK;return std::make_pair(iterator(_root), true);}node* parent = nullptr;node* cur = _root;while (cur){parent = cur;if (kot(data) < kot(cur->_data)){cur = cur->_left;}else if (kot(data) > kot(cur->_data)){cur = cur->_right;}else{return std::make_pair(iterator(cur), false);;}}//插入cur = new node(data);node* newnode = cur;cur->_parent = parent;if (data < parent->_data){parent->_left = cur;}else{parent->_right = cur;}//父节点是红色调整while (parent && parent->_col == RED){node* gdparent = parent->_parent;node* uncle;if (gdparent->_left == parent){uncle = gdparent->_right;//第一种情况 叔叔节点是红色,变色if (uncle && uncle->_col == RED){parent->_col = uncle->_col = BLACK;gdparent->_col = RED;}//第二种情况 分左右//     g//  par  un// curelse{if (cur == parent->_left){RotateRight(gdparent);parent->_col = BLACK;gdparent->_col = RED;}//     g//  par  un//    curelse{RotateLeft(parent);RotateRight(gdparent);cur->_col = BLACK;parent->_col = RED;gdparent->_col = RED;}break;}}else{uncle = gdparent->_left;if (uncle && uncle->_col == RED){parent->_col = uncle->_col = BLACK;gdparent->_col = RED;}else{if (cur == parent->_right){RotateLeft(gdparent);parent->_col = BLACK;gdparent->_col = RED;}//     g//  par  un//    curelse{RotateRight(parent);RotateLeft(gdparent);cur->_col = BLACK;//parent->_col = RED;gdparent->_col = RED;}break;}}cur = gdparent;parent = cur->_parent;}//根必须是黑色_root->_col = BLACK;return std::make_pair(iterator(newnode), true);;}void RotateLeft(node* parent){node* sub = parent->_right;node* subl = sub->_left;sub->_left = parent;parent->_right = subl;//父节点修改node* Pparent = parent->_parent;parent->_parent = sub;//有子节点改变指向if (subl){subl->_parent = parent;}if (parent == _root){_root = sub;}else{//原parent在父节点的左右if (Pparent->_left == parent){Pparent->_left = sub;}else{Pparent->_right = sub;}}sub->_parent = Pparent;}void RotateRight(node* parent){node* sub = parent->_left;node* subr = sub->_right;sub->_right = parent;parent->_left = subr;if (subr){subr->_parent = parent;}node* Pparent = parent->_parent;parent->_parent = sub;if (parent == _root){_root = sub;}else{if (Pparent->_left == parent){Pparent->_left = sub;}else{Pparent->_right = sub;}}sub->_parent = Pparent;}bool IsBalance(){if (_root->_col == RED){std::cout << "根节点是红色" << std::endl;return false;}int refVal = 0;  //记录最左路径黑色节点的数量,用来参考node* cur = _root;while (cur){if (cur->_col == BLACK){refVal++;}cur = cur->_left;}return _IsBalance(_root, 0, refVal);}bool _IsBalance(node* cur, int blackNum, int refVal){if (cur == nullptr){//判断每条路径黑色节点数量正常if (blackNum != refVal){std::cout << "黑色节点数量不相等" << std::endl;return false;}return true;}if (cur->_col == BLACK){blackNum++;}if (cur->_col == RED && cur->_parent->_col == RED){std::cout << cur->_kv.first << " 连续红色节点" << std::endl;}return _IsBalance(cur->_left, blackNum, refVal)&& _IsBalance(cur->_right, blackNum, refVal);}void layer(){if (_root == nullptr){return;}std::queue<node*> q;q.push(_root);int lay = 1;while (!q.empty()){std::cout << "第" << lay << "层: ";int num = q.size();while (num--){node* cur = q.front();q.pop();std::cout << cur->_kv.first << " 颜色:" << cur->_col << "  ";if (cur->_left != nullptr){q.push(cur->_left);}if (cur->_right != nullptr){q.push(cur->_right);}}lay++;std::cout << std::endl;}std::cout << std::endl;}void inorder(){_inorder(_root);std::cout << std::endl;}void _inorder(node* root){if (root == nullptr){return;}_inorder(root->_left);std::cout << root->_kv.first << " ";_inorder(root->_right);}int size(){return _size(_root);}int _size(node* node){if (node == nullptr){return 0;}return _size(node->_left) + _size(node->_right) + 1;}int TreeHeight(){return _TreeHeight(_root);}int _TreeHeight(node* node){if (node == nullptr){return 0;}int lhight = _TreeHeight(node->_left);int rhight = _TreeHeight(node->_right);return lhight > rhight ? lhight + 1 : rhight + 1;}private:node* _root = nullptr;
};

set

在这里插入图片描述
两个参数都用K初始化，传入仿函数
在这里插入图片描述
普通迭代器也用const，保证key不被修改，typename用来区分是一个类还是变量类型

全

#pragma once
#include "RBTree.h"template <class K>
class set
{struct SetOfK{const K& operator()(const K& key){return key;}};public://typename 区分是类还是变量typedef typename RBTree<K, K, SetOfK>::const_iterator iterator;typedef typename RBTree<K, K, SetOfK>::const_iterator const_iterator;iterator begin(){return _t.begin();}iterator end(){return _t.end();}std::pair<iterator, bool> insert(const K& key){return _t.insert(key);}private:RBTree<K, K, SetOfK> _t;
};

map

在这里插入图片描述
map第一个是K，用来erase，find等函数接口是key，它的数据类型是pair

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

map提供[]操作，返回key位置的值，并可以对自身修改

全

#pragma once
#include <iostream>
#include "RBTree.h"template <class K, class V>
class map
{struct SetOfV{const K& operator()(const std::pair<const K, V>& kv){return kv.first;}};public:typedef typename RBTree<K, std::pair<const K, V>, SetOfV>::iterator iterator;iterator begin(){return _t.begin();}iterator end(){return _t.end();}std::pair<iterator, bool> insert(const std::pair<const K, V> kv){return _t.insert(kv);}V& operator[](const K& key){std::pair<iterator, bool> ret = _t.insert(make_pair(key, V()));return ret.first->second;}private:RBTree<K, std::pair<const K, V>, SetOfV> _t;
};

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