【C++】map set 底层刨析

2024-04-06 22:28
文章标签 c++ set 底层 map 刨析

本文主要是介绍【C++】map set 底层刨析，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

文章目录

  • 1. 红黑树的迭代器
  • 2. 改造红黑树
  • 3. map 的模拟实现
  • 4. set 的模拟实现

在这里插入图片描述

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() 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。

    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++() 与 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 onceenum 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// cRotateR(grandfather);parent->_col = BLACK;grandfather->_col = RED;}else{//    g// p     u//   cRotateL(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//       cif (cur == parent->_right){RotateL(grandfather);parent->_col = BLACK;grandfather->_col = RED;}else{//    g// u     p//     cRotateR(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。

#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

这篇关于【C++】map set 底层刨析的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/880977。

相关文章

【C++ Primer Plus习题】13.4

【C++ Primer Plus习题】13.4

大家好,这里是国中之林! ❥前些天发现了一个巨牛的人工智能学习网站，通俗易懂，风趣幽默，忍不住分享一下给大家。点击跳转到网站。有兴趣的可以点点进去看看← 问题: 解答: main.cpp #include <iostream>#include "port.h"int main() {Port p1;Port p2("Abc", "Bcc", 30);std::cout <<
阅读更多...
C++包装器

C++包装器

包装器 在 C++ 中，“包装器”通常指的是一种设计模式或编程技巧，用于封装其他代码或对象，使其更易于使用、管理或扩展。包装器的概念在编程中非常普遍，可以用于函数、类、库等多个方面。下面是几个常见的 “包装器” 类型： 1. 函数包装器 函数包装器用于封装一个或多个函数，使其接口更统一或更便于调用。例如，std::function 是一个通用的函数包装器，它可以存储任意可调用对象（函数、函数
阅读更多...
C++11第三弹：lambda表达式 | 新的类功能 | 模板的可变参数

C++11第三弹：lambda表达式 | 新的类功能 | 模板的可变参数

🌈个人主页： 南桥几晴秋 🌈C++专栏： 南桥谈C++ 🌈C语言专栏： C语言学习系列 🌈Linux学习专栏： 南桥谈Linux 🌈数据结构学习专栏： 数据结构杂谈 🌈数据库学习专栏： 南桥谈MySQL 🌈Qt学习专栏： 南桥谈Qt 🌈菜鸡代码练习： 练习随想记录 🌈git学习： 南桥谈Git 🌈🌈🌈🌈🌈🌈🌈🌈🌈🌈🌈🌈🌈�
阅读更多...
【C++】_list常用方法解析及模拟实现

【C++】_list常用方法解析及模拟实现

相信自己的力量，只要对自己始终保持信心，尽自己最大努力去完成任何事，就算事情最终结果是失败了，努力了也不留遗憾。💓💓💓 目录   ✨说在前面 🍋知识点一：什么是list？ •🌰1.list的定义 •🌰2.list的基本特性 •🌰3.常用接口介绍 🍋知识点二：list常用接口 •🌰1.默认成员函数 🔥构造函数（⭐） 🔥析构函数 •🌰2.list对象
阅读更多...
06 C++Lambda表达式

06 C++Lambda表达式

lambda表达式的定义 没有显式模版形参的lambda表达式 [捕获] 前属性 (形参列表) 说明符 异常 后属性 尾随类型 约束 {函数体} 有显式模版形参的lambda表达式 [捕获] <模版形参> 模版约束 前属性 (形参列表) 说明符 异常 后属性 尾随类型 约束 {函数体} 含义 捕获：包含零个或者多个捕获符的逗号分隔列表 模板形参：用于泛型lambda提供个模板形参的名
阅读更多...
6.1.数据结构-c/c++堆详解下篇（堆排序，TopK问题）

6.1.数据结构-c/c++堆详解下篇（堆排序，TopK问题）

上篇：6.1.数据结构-c/c++模拟实现堆上篇（向下，上调整算法，建堆，增删数据）-CSDN博客 本章重点 1.使用堆来完成堆排序 2.使用堆解决TopK问题 目录 一.堆排序 1.1 思路 1.2 代码 1.3 简单测试 二.TopK问题 2.1 思路(求最小)： 2.2 C语言代码（手写堆） 2.3 C++代码（使用优先级队列 priority_queue）
阅读更多...
poj 3050 dfs + set的妙用

poj 3050 dfs + set的妙用

题意: 给一个5x5的矩阵，求由多少个由连续6个元素组成的不一样的字符的个数。 解析： dfs + set去重搞定。 代码： #include <iostream>#include <cstdio>#include <set>#include <cstdlib>#include <algorithm>#include <cstring>#include <cm
阅读更多...
【C++高阶】C++类型转换全攻略：深入理解并高效应用

【C++高阶】C++类型转换全攻略：深入理解并高效应用

📝个人主页🌹：Eternity._ ⏩收录专栏⏪：C++ “ 登神长阶 ” 🤡往期回顾🤡：C++ 智能指针 🌹🌹期待您的关注 🌹🌹 ❀C++的类型转换 📒1. C语言中的类型转换📚2. C++强制类型转换⛰️static_cast🌞reinterpret_cast⭐const_cast🍁dynamic_cast 📜3. C++强制类型转换的原因📝
阅读更多...
C++——stack、queue的实现及deque的介绍

C++——stack、queue的实现及deque的介绍

目录 1.stack与queue的实现 1.1stack的实现  1.2 queue的实现 2.重温vector、list、stack、queue的介绍 2.1 STL标准库中stack和queue的底层结构  3.deque的简单介绍 3.1为什么选择deque作为stack和queue的底层默认容器  3.2 STL中对stack与queue的模拟实现 ①stack模拟实现
阅读更多...
c++的初始化列表与const成员

c++的初始化列表与const成员

初始化列表与const成员 const成员 使用const修饰的类、结构、联合的成员变量，在类对象创建完成前一定要初始化。 不能在构造函数中初始化const成员，因为执行构造函数时，类对象已经创建完成，只有类对象创建完成才能调用成员函数，构造函数虽然特殊但也是成员函数。 在定义const成员时进行初始化，该语法只有在C11语法标准下才支持。 初始化列表 在构造函数小括号后面，主要用于给
阅读更多...

Copyright China编程 23002807@qq.com

沪ICP备2023033072号-2