C++中map和set封装实现示例
头发没有代码多 人气:0mao和set模拟实现
STL map和set只是包含了几个头文件
主要在选中的这个文件里，打开之后我们可以看到红黑树
用红黑树实现map和set
set的主要实现
set里面的value type和key type都是KEY
map里面的value type是pair，key type是KEY
这里用一颗泛型结构的RBTree，通过不同的实例化参数，实现出了map和set。
模拟实现
这里不用说明红黑树是K还是KV，用T来决定红黑树，使用时T是什么，红黑树就是什么
如Map传的是pair，T就是pair，Set传的是K，T就是K
T传给了节点里面的data，上面传参传K的原因是find函数要用到，find是通过K去进行查找。
Insert插入数据的时候要比较数据的大小选择合适的位置插入，但这里data是T类型，对于set可直接比较，而map传过来的是pair，如果比较pair就要比较first和second，这种不满足我们的需求，因为比较的时候既要满足set也要满足Map.
我们用仿函数来满足这种要求，这里仿函数是把T里面的k取出来，pair的K就是first
取K的仿函数
对于set而言，直接返回就行
对于map而言，就要取first
之后修改rbtree.h，创建一个仿函数对象，这个对象是什么类型的就根据什么类型取比较即可
Insert
对于Map而言，_t是RBTree类型，Map的insert只需调用红黑树的Insert即可
set也一样
迭代器
迭代器也依靠红黑树的迭代器实现，tyoename作用，告诉编译器是要把类型进行重命名
以下是红黑树的迭代器
enum Colour
{
RED,
BLACK
};
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)
{}
};
template<class T, class Ref, class Ptr>
struct __RBTreeIterator//迭代器
{
typedef RBTreeNode<T> Node;
typedef __RBTreeIterator<T, Ref, Ptr> Self;
Node* _node;
__RBTreeIterator(Node* node)//构造
:_node(node)
{}
Ref operator*()//返回引用
{
return _node->_data;
}
Ptr operator->()//返回指针
{
return &_node->_data;
}
bool operator!=(const Self& s) const
{
return _node != s._node;
}
bool operator==(const Self& s) const
{
return _node == s._node;
}
}；
begin和end
template<class K, class T, class KeyOfT>
struct RBTree
{
typedef RBTreeNode<T> Node;
public:
typedef __RBTreeIterator<T, T&, T*> iterator;
iterator begin()
{
Node* left = _root;
while (left && left->_left)
{
left = left->_left;
}
return iterator(left);
}
iterator end()
{
return iterator(nullptr);
}
}；begin是找最左边的节点，这里的_root是红黑树的根节点，end是最后一个节点的下一个位置就是空。
++和--
这里++和--是按照中序进行的
这里访问顺序是左根右
1.如果右子树不为空，++就是找右子树中序的第一个（最左节点）
2.右子树是空，++找孩子不是父亲右的那个父亲
第二句话理解，这里7访问完，父亲是6，7是6右子树，更新cur，parent，8是parent，6是cur，cur不是parent右子树。所以下一个节点是8
--是反向左子树
右根左
1.如果左子树不为空，我们就访问它的最右节点
2.如果为空，访问孩子不是父亲的左的父亲
Self& operator++()
{
if (_node->_right)
{
// 下一个就是右子树的最左节点
Node* left = _node->_right;
while (left->_left)
{
left = left->_left;
}
_node = left;
}
else
{
// 找祖先里面孩子不是祖先的右的那个
Node* parent = _node->_parent;
Node* cur = _node;
while (parent && cur == parent->_right)
{
cur = cur->_parent;
parent = parent->_parent;
}
_node = parent;
}
return *this;
}
Self& operator--()
{
if (_node->_left)
{
// 下一个是左子树的最右节点
Node* right = _node->_left;
while (right->_right)
{
right = right->_right;
}
_node = right;
}
else
{
// 孩子不是父亲的左的那个祖先
Node* parent = _node->_parent;
Node* cur = _node;
while (parent && cur == parent->_left)
{
cur = cur->_parent;
parent = parent->_parent;
}
_node = parent;
}
return *this;
}operator[]
[]的实现要改造一个迭代器
map和set的insert也做修改
只有map有[]，我们不需要在红黑树里面实现[]，单独给map实现即可
ret.first是迭代器，->second是KV的value
Map中使用方括号访问键对应的值map[key]时：
- 若该key存在，则访问取得value值；
- 若该key不存在，访问仍然成功，取得value对象默认构造的值。具体如下：
用 []访问，但key不存在时，C++会利用该key及默认构造的value，组成{key，value}对，插入到map中。
value为 string对象，则构造空串；value为int对象，构造为0。
范围for也可以使用
完整代码
set.h
#include"rbtree.h"
namespace myspace
{
template<class K>
class set
{
struct SetKeyOfT
{
const K& operator()(const K& key)
{
return key;
}
};
public:
typedef typename RBTree<K, K, SetKeyOfT>::iterator iterator;
iterator begin()
{
return _t.begin();
}
iterator end()
{
return _t.end();
}
pair<iterator, bool> insert(const K& key)
{
return _t.Insert(key);
}
private:
RBTree<K, K, SetKeyOfT> _t;
};
void test_set()
{
set<int> s;
set<int>::iterator it = s.begin();
while (it != s.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
s.insert(3);
s.insert(2);
s.insert(1);
s.insert(5);
s.insert(3);
s.insert(6);
s.insert(4);
s.insert(9);
s.insert(7);
it = s.begin();
while (it != s.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
}
}map.h
#include"rbtree.h"
#pragma once
namespace myspace
{
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<K, V>, MapKeyOfT>::iterator iterator;
iterator begin()
{
return _t.begin();
}
iterator end()
{
return _t.end();
}
pair<iterator, bool> insert(const pair<K, V>& kv)
{
return _t.Insert(kv);
}
V& operator[](const K& key)
{
pair<iterator, bool> ret = insert(make_pair(key, V()));
return ret.first->second;
}
private:
RBTree<K, pair<K, V>, MapKeyOfT> _t;
};
void test_map()
{
string arr[] = { "苹果", "西瓜", "苹果", "西瓜", "苹果", "苹果", "西瓜", "苹果", "香蕉", "苹果", "香蕉" };
map<string, int> countMap;
for (auto& str : arr)
{
// 1、str不在countMap中，插入pair(str, int()),然后在对返回次数++
// 2、str在countMap中，返回value(次数)的引用，次数++;
countMap[str]++;
}
map<string, int>::iterator it = countMap.begin();
while (it != countMap.end())
{
cout << it->first << ":" << it->second << endl;
++it;
}
for (auto& kv : countMap)
{
cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;
}
}
}rbtree.h
enum Colour
{
RED,
BLACK
};
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)
{}
};
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;
}
bool operator!=(const Self& s) const
{
return _node != s._node;
}
bool operator==(const Self& s) const
{
return _node == s._node;
}
Self& operator++()
{
if (_node->_right)
{
// 下一个就是右子树的最左节点
Node* left = _node->_right;
while (left->_left)
{
left = left->_left;
}
_node = left;
}
else
{
// 找祖先里面孩子不是祖先的右的那个
Node* parent = _node->_parent;
Node* cur = _node;
while (parent && cur == parent->_right)
{
cur = cur->_parent;
parent = parent->_parent;
}
_node = parent;
}
return *this;
}
Self& operator--()
{
if (_node->_left)
{
// 下一个是左子树的最右节点
Node* right = _node->_left;
while (right->_right)
{
right = right->_right;
}
_node = right;
}
else
{
// 孩子不是父亲的左的那个祖先
Node* parent = _node->_parent;
Node* cur = _node;
while (parent && cur == parent->_left)
{
cur = cur->_parent;
parent = parent->_parent;
}
_node = parent;
}
return *this;
}
};
template<class K, class T, class KeyOfT>
struct RBTree
{
typedef RBTreeNode<T> Node;
public:
typedef __RBTreeIterator<T, T&, T*> iterator;
iterator begin()
{
Node* left = _root;
while (left && left->_left)
{
left = left->_left;
}
return iterator(left);
}
iterator end()
{
return iterator(nullptr);
}
pair<iterator, bool> Insert(const T& data)
{
KeyOfT kot;
if (_root == nullptr)
{
_root = new Node(data);
_root->_col = BLACK;
return make_pair(iterator(_root), true);
}
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);
Node* newnode = cur;
cur->_col = RED;
if (kot(parent->_data) < kot(data))
{
parent->_right = cur;
}
else
{
parent->_left = cur;
}
cur->_parent = parent;
while (parent && parent->_col == RED)
{
Node* grandfater = parent->_parent;
assert(grandfater);
assert(grandfater->_col == BLACK);
// 关键看叔叔
if (parent == grandfater->_left)
{
Node* uncle = grandfater->_right;
// 情况一 : uncle存在且为红，变色+继续往上处理
if (uncle && uncle->_col == RED)
{
parent->_col = uncle->_col = BLACK;
grandfater->_col = RED;
// 继续往上处理
cur = grandfater;
parent = cur->_parent;
}// 情况二+三：uncle不存在 + 存在且为黑
else
{
// 情况二：右单旋+变色
// g
// p u
// c
if (cur == parent->_left)
{
RotateR(grandfater);
parent->_col = BLACK;
grandfater->_col = RED;
}
else
{
// 情况三：左右单旋+变色
// g
// p u
// c
RotateL(parent);
RotateR(grandfater);
cur->_col = BLACK;
grandfater->_col = RED;
}
break;
}
}
else // (parent == grandfater->_right)
{
Node* uncle = grandfater->_left;
// 情况一
if (uncle && uncle->_col == RED)
{
parent->_col = uncle->_col = BLACK;
grandfater->_col = RED;
// 继续往上处理
cur = grandfater;
parent = cur->_parent;
}
else
{
// 情况二：左单旋+变色
// g
// u p
// c
if (cur == parent->_right)
{
RotateL(grandfater);
parent->_col = BLACK;
grandfater->_col = RED;
}
else
{
// 情况三：右左单旋+变色
// g
// u p
// c
RotateR(parent);
RotateL(grandfater);
cur->_col = BLACK;
grandfater->_col = RED;
}
break;
}
}
}
_root->_col = BLACK;
return make_pair(iterator(newnode), true);
}
void InOrder()
{
_InOrder(_root);
cout << endl;
}
bool IsBalance()
{
if (_root == nullptr)
{
return true;
}
if (_root->_col == RED)
{
cout << "根节点不是黑色" << endl;
return false;
}
// 黑色节点数量基准值
int benchmark = 0;
/*Node* cur = _root;
while (cur)
{
if (cur->_col == BLACK)
++benchmark;
cur = cur->_left;
}*/
return PrevCheck(_root, 0, benchmark);
}
private:
bool PrevCheck(Node* root, int blackNum, int& benchmark)
{
if (root == nullptr)
{
//cout << blackNum << endl;
//return;
if (benchmark == 0)
{
benchmark = blackNum;
return true;
}
if (blackNum != benchmark)
{
cout << "某条黑色节点的数量不相等" << endl;
return false;
}
else
{
return true;
}
}
if (root->_col == BLACK)
{
++blackNum;
}
if (root->_col == RED && root->_parent->_col == RED)
{
cout << "存在连续的红色节点" << endl;
return false;
}
return PrevCheck(root->_left, blackNum, benchmark)
&& PrevCheck(root->_right, blackNum, benchmark);
}
void _InOrder(Node* root)
{
if (root == nullptr)
{
return;
}
_InOrder(root->_left);
cout << root->_kv.first << ":" << root->_kv.second << endl;
_InOrder(root->_right);
}
void RotateL(Node* parent)
{
Node* subR = parent->_right;
Node* subRL = subR->_left;
parent->_right = subRL;
if (subRL)
subRL->_parent = parent;
Node* ppNode = parent->_parent;
subR->_left = parent;
parent->_parent = subR;
if (_root == parent)
{
_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;
}
Node* ppNode = parent->_parent;
subL->_right = parent;
parent->_parent = subL;
if (_root == parent)
{
_root = subL;
subL->_parent = nullptr;
}
else
{
if (ppNode->_left == parent)
{
ppNode->_left = subL;
}
else
{
ppNode->_right = subL;
}
subL->_parent = ppNode;
}
}
private:
Node* _root = nullptr;
};总结
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