【C++】红黑树封装map—set

         1 .关联式容器

C++中的map是标准模板库（STL）中的一种关联容器，它存储的是键值对（key-value pairs），其中每个键都是唯一的。

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。

​

创建键值对对象：

  1. pair<T1, T2>(x, y) 使用构造函数的方式构造一个匿名对象
  2. make_pair(x, y) 是一个函数模板，其中返回的是一个pair的匿名对象

​

         2 .红黑树模板参数

  • set是K模型的容器，而map是KV模型的容器，这里我们如何用一棵KV模型的红黑树同时实现map和set。
  • 这里我们就需要控制map和set传入底层红黑树的模板参数，为了与原红黑树的模板参数进行区分，我们将红黑树第二个模板参数的名字改为T。
template<class K, class T>
class RBTree

T模板参数可能只是键值Key，也可能是由Key和Value共同构成的上述键值对。

  • 如果是set容器，那么它传入底层红黑树的模板参数就是两个Key
template<class K>
class set
{
public://其他内容
private:RBTree<K, K> _t;
};

如果是map容器，那么它传入底层红黑树的模板参数就是Key以及Key和Value构成的键值对：

template<class K, class V>
class map
{
public://其他内容
private:RBTree<K, pair<K, V>> _t;
};

问题：能不能不要红黑树的第一个模板参数，只保留第二个模板参数？

  • 红黑树的第一个模板参数是不能省略的。
  • 对于set容器来说，省略红黑树的第一个参数没问题，因为set传入红黑树的第二个参数与第一个参数是一样的。
  • 但是对于map容器来说就不行了，因为map容器所提供的接口当中有些是只要求给出键值Key的，比如find和erase。

结点当中存储的数据

  • 对于set容器来说，底层红黑树结点当中存储K和T都是一样的，
  • 但是对于map容器来说，底层红黑树就只能存储T了。
  • 由于底层红黑树并不知道上层容器到底是map还是set，因此红黑树的结点当中直接存储T就行了。
  • 因此，当上层容器是set的时候，结点当中存储的是键值Key；
  • 当上层容器是map的时候，结点当中存储的就是<K, V>键值对。
//红黑树节点
template<class T>
struct RBTreeNode
{//三叉链RBTreeNode<T>* _left;RBTreeNode<T>* _right;RBTreeNode<T>* _parent;//存储的数据T _data;//结点的颜色int _col; //红/黑//构造函数RBTreeNode(const T& data):_left(nullptr), _right(nullptr), _parent(nullptr), _data(data), _col(RED){}
};

         3 . 模板参数中增加仿函数

  • 由于结点当中存储的是T，这个T可能是Key，也可能是<Key, Value>键值对。那么当我们需要进行结点的键值比较时。就需要知道用什么数据比较大小。
  • 当上层容器是set的时候T就是键值Key，直接用T进行比较即可，
  • 当上层容器是map的时候，我们需要从<Key, Value>键值对当中取出键值Key后，再用Key值进行比较。或者按照其他方法
  • 上层容器map需要向底层红黑树提供一个仿函数，用于获取T当中的键值Key。

所以：当底层红黑树当中需要比较两个结点的键值时，就可以通过这个仿函数来获取T当中的键值了。

template<class K, class V>
class map
{//仿函数——重载（）struct MapKeyOfT{const K& operator()(const pair<K, V>& kv) //返回键值对当中的键值Key{return kv.first;}};
private:RBTree<K, pair<K, V>, MapKeyOfT> _t;
};
  • 由于我们的map和set都是用的同一颗树，所以对于底层红黑树来说，它不知道上层容器是map还是set。
  • 因此当需要进行两个结点键值的比较时，底层红黑树都会通过传入的仿函数来获取键值Key，进而进行两个结点键值的比较。
  • 所以，set容器也需要向底层红黑树传入一个仿函数并且是必不可少的。因为与map用的同一颗树。
template<class K>
class set
{//仿函数struct SetKeyOfT{const K& operator()(const K& key) //返回键值Key{return key;}};
private:RBTree<K, K, SetKeyOfT> _t;
};
  • 此时，set容器传入底层红黑树的就是set的仿函数，map容器传入底层红黑树的就是map的仿函数。
  • 所以当底层红黑树需要进行两个结点之间键值的比较时，都会通过传入的仿函数来获取相应结点的键值，然后再进行比较。

示例：

  • //查找函数
iterator Find(const K& key)
{KeyOfT kot;Node* cur = _root;while (cur){
//kot(x)就是获取x中比较大小的一部分if (key < kot(cur->_data)){cur = cur->_left; //找右孩子}else if (key > kot(cur->_data)){cur = cur->_right; //找左孩子}else //找到了目标结点就返回该节点{return iterator(cur); }}return end(); //查找失败
}

当然，所有进行结点键值比较的地方，均需要通过仿函数获取对应结点的键值后再进行键值的比较。 

         4 . 正向迭代器

  • map的迭代器是一种指针，指向map中的元素。map的迭代器有两种类型：const_iterator和iterator。const_iterator用于只读访问，而iterator可以读写。
  • 红黑树的正向迭代器实际上就是对结点指针进行了封装，因此在正向迭代器当中实际上就只有一个成员变量，那就是正向迭代器所封装结点的指针。

迭代器的特性

  • map的迭代器遵循双向迭代器的要求，可以向前和向后遍历。

  • 迭代器失效：迭代器在map被修改时（插入或删除）可能会失效。

  • map的迭代器可以通过解引用操作符（*）来访问指向的元素，或者使用箭头操作符（->）来访问元素的成员。

//正向迭代器
template<class T, class Ref, class Ptr>
struct __TreeIterator
{
//取别名 方便后面写typedef RBTreeNode<T> Node; typedef __TreeIterator<T, Ref, Ptr> Self; Node* _node; //正向迭代器所封装结点的指针//通过一个结点的指针便可以构造出一个正向迭代器。
//构造函数
__TreeIterator(Node* node):_node(node) //根据所给结点指针构造一个正向迭代器
{}};

对正向迭代器进行解引用操作时，我们直接返回对应结点数据的引用：

Ref operator*()
{return _node->_data; //返回结点数据的引用
}

对正向迭代器进行->操作时，我们直接返回对应结点数据的指针：

Ptr operator->()
{return &_node->_data; //返回结点数据的指针
}

重载==和!=运算符时，直接判断两个迭代器所封装的结点，这个节点Node里面实现过：

//判断两个正向迭代器是否不同
bool operator!=(const Self& s) const
{return _node != s._node; //判断两个正向迭代器所封装的结点是否是同一个
}
//判断两个正向迭代器是否相同
bool operator==(const Self& s) const
{return _node == s._node; //判断两个正向迭代器所封装的结点是否是同一个
}

++和–运算符的重载：

  • 实现红黑树的正向迭代器时，一个结点的正向迭代器进行++操作后，应该根据红黑树中序遍历的序列找到当前结点的下一个结点。

实现思路如下：

  • 如果当前结点的右子树不为空，则++操作后应该找到其右子树当中的最左结点。
  • 如果当前结点的右子树为空，则++操作后应该在该结点的祖先结点中，找到孩子不在父亲右的祖先。
//前置++
Self operator++()
{if (_node->_right) //结点的右子树不为空{//寻找该结点右子树当中的最左结点Node* left = _node->_right;while (left->_left){left = left->_left;}_node = left; //++后变为该结点}else //结点的右子树为空{//寻找孩子不在父亲右的祖先Node* cur = _node;Node* parent = cur->_parent;while (parent&&cur == parent->_right){cur = parent;parent = parent->_parent;}_node = parent; //++后变为该结点}return *this;
}
  • 实现红黑树的正向迭代器时，一个结点的正向迭代器进行 - - 操作后，应该根据红黑树中序遍历的序列找到当前结点的前一个结点。

实现思路：

  • 如果当前结点的左子树不为空，则–操作后应该找到其左子树当中的最右结点。
  • 如果当前结点的左子树为空，则–操作后应该在该结点的祖先结点中，找到孩子不在父亲左的祖先。
//前置--
Self operator--()
{if (_node->_left) //结点的左子树不为空{//寻找该结点左子树当中的最右结点Node* right = _node->_left;while (right->_right){right = right->_right;}_node = right; //--后变为该结点}else //结点的左子树为空{//寻找孩子不在父亲左的祖先Node* cur = _node;Node* parent = cur->_parent;while (parent&&cur == parent->_left){cur = parent;parent = parent->_parent;}_node = parent; //--后变为该结点}return *this;
}

 正向迭代器实现后，我们需要在红黑树的实现当中进行迭代器类型的typedef。

注意：这棵树是要被外层的map和set封装的，他们要看见树中的iterator才能使用。

  • 因此，为了让外部能够使用typedef后的正向迭代器类型iterator，我们需要在public区域进行typedef。

 实现成员函数begin和end：

  • begin函数返回中序序列当中第一个结点的正向迭代器，即最左结点。
  • end函数返回中序序列当中最后一个结点下一个位置的正向迭代器，这里直接用空指针构造一个正向迭代器。
template<class K, class T, class KeyOfT>
class RBTree
{typedef RBTreeNode<T> Node; //结点的类型
public:typedef __TreeIterator<T, T&, T*> iterator; //正向迭代器iterator begin(){//寻找最左结点Node* left = _root;while (left&&left->_left){left = left->_left;}//返回最左结点的正向迭代器return iterator(left);}iterator end(){//返回由nullptr构造得到的正向迭代器return iterator(nullptr);}
private:Node* _root; //红黑树的根结点
};

C++标准库中的实现： 

C++STL库当中实现红黑树时，在红黑树的根结点处增加了一个头结点。

该头结点的左指针指向红黑树当中的最左结点，右指针指向红黑树当中的最右结点，父指针指向红黑树的根结点。

在该结构下：

  • 实现begin()时，直接用头结点的左孩子构造一个正向迭代器即可。
  • 实现rbegin()时，直接用头结点的右孩子构造一个反向迭代器即可（实际是先用该结点构造一个正向迭代器，再用正向迭代器构造出反向迭代器）。
  • 实现end()和rend()时，直接用头结点构造出正向和反向迭代器即可。
  • 此后，通过对逻辑的控制，就可以实现end()进行–操作后得到最后一个结点的正向迭代器。

实现该结构需要更改当前很多函数的逻辑，例如：

  • 插入结点时，若插入到了红黑树最左结点的左边，或最右结点的右边，此时需要更新头结点左右指针的指向

         5 .反向迭代器

  • 红黑树的反向迭代器实际上就是正向迭代器的一个封装，前面我们在list的时候讲过过。红黑树的反向迭代器就是一个迭代器适配器。
  • 在反向迭代器当中只有一个成员变量，那就是反向迭代器封装的正向迭代器。反向迭代器中的成员函数，都是通过调用正向迭代器对应的函数来完成相应功能的。
//反向迭代器---迭代器适配器
template<class Iterator, class Ref, class Ptr>
struct ReverseIterator
{typedef ReverseIterator<Iterator, Ref, Ptr> Self;//反向迭代器所封装的正向迭代器Iterator _it;
正向迭代器构造一个反向迭代器ReverseIterator(Iterator it):_it(it){}Ref operator*(){Iterator tmp = _it;return *(--tmp);}Ptr operator->(){//return _it->;//return _it.operator->();return &(operator*());}Self& operator++(){--_it;return *this;}Self& operator--(){++_it;return *this;}bool operator!=(const Self& s){return _it != s._it;}
};

有了反向迭代器后，我们需要在红黑树的实现当中进行迭代器类型的typedef，并在红黑树当中实现成员函数rbegin和rend：

template<class K, class T, class KeyOfT>
class RBTree
{typedef RBTreeNode<T> Node; 
public:typedef ReverseIterator<iterator> reverse_iterator; //反向迭代器reverse_iterator rbegin(){//寻找最右结点Node* right = _root;while (right&&right->_right){right = right->_right;}//返回最右结点的反向迭代器return reverse_iterator(iterator(right));}reverse_iterator rend(){//返回由nullptr构造得到的反向迭代器return reverse_iterator(iterator(nullptr));}
private:Node* _root; 
};

         6 .set的模拟实现

注意：我们需要将键值对的第一个Key加上const，在map和set中我们不能取修改键，值可以修改。因为修改了键后，他的位置就可能需要重新调整了。

template<class K>
class set
{//仿函数struct SetKeyOfT{const K& operator()(const K& key) //返回键值Key{return key;}};
public:typedef typename RBTree<K, K, SetKeyOfT>::iterator iterator; //正向迭代器typedef typename RBTree<K, K, SetKeyOfT>::reverse_iterator reverse_iterator; //反向迭代器iterator begin(){return _t.begin();}iterator end(){return _t.end();}reverse_iterator rbegin(){return _t.rbegin();}reverse_iterator rend(){return _t.rend();}//插入函数pair<iterator, bool> insert(const K& key){return _t.Insert(key);}//删除函数void erase(const K& key){_t.Erase(key);}//查找函数iterator find(const K& key){return _t.Find(key);}
private:RBTree<K, const K, SetKeyOfT> _t;
};

         7 .map的模拟实现

template<class K, class V>
class map
{//仿函数struct MapKeyOfT{const K& operator()(const pair<K, V>& kv) //返回键值对当中的键值Key{return kv.first;}};
public:typedef typename RBTree<K, pair<K, V>, MapKeyOfT>::iterator iterator; //正向迭代器typedef typename RBTree<K, pair<K, V>, MapKeyOfT>::reverse_iterator reverse_iterator; //反向迭代器iterator begin(){return _t.begin();}iterator end(){return _t.end();}reverse_iterator rbegin(){return _t.rbegin();}reverse_iterator rend(){return _t.rend();}//插入函数pair<iterator, bool> insert(const pair<const K, V>& kv){return _t.Insert(kv);}//[]运算符重载函数V& operator[](const K& key){pair<iterator, bool> ret = insert(make_pair(key, V()));iterator it = ret.first;return it->second;}//删除函数void erase(const K& key){_t.Erase(key);}//查找函数iterator find(const K& key){return _t.Find(key);}
private:RBTree<K, pair<const K, V>, MapKeyOfT> _t;
};

         8 .map—set总体代码​​​​​​​

map_set · HYD/C++ - 码云 - 开源中国

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：http://www.mzph.cn/web/59840.shtml

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符，请联系多彩编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com，一经查实，立即删除！

相关文章

药房智链：中药实验管理的供应链优化

药房智链：中药实验管理的供应链优化

摘要 随着信息技术在管理上越来越深入而广泛的应用&#xff0c;管理信息系统的实施在技术上已逐步成熟。本文介绍了中药实验管理系统的开发全过程。通过分析中药实验管理系统管理的不足&#xff0c;创建了一个计算机管理中药实验管理系统的方案。文章介绍了中药实验管理系统的系…
阅读更多...
Unity学习---IL2CPP打包时可能遇到的问题

Unity学习---IL2CPP打包时可能遇到的问题

写这篇主要是怕自己之后打包的时候出问题不知道怎么搞&#xff0c;所以记录一下。 问题一&#xff1a;类型裁剪 IL2CPP打包后会自动对Unity工程的dll进行裁剪&#xff0c;将代码中没有引用到的类型裁剪掉。特别是通过反射等方式调用一些类的时候&#xff0c;很容易出问题。 …
阅读更多...
商城小程序的流程渠道拓展

商城小程序的流程渠道拓展

传统印象里&#xff0c;小程序的开发制作似乎很难&#xff0c;尤其是商城类型且功能体系完善的&#xff0c;事实也确实如此&#xff0c;没有较高的技术和成本投入或团队各个流程的专业人员合作&#xff0c;很难开发出来成品&#xff0c;或者质量较低。 当然对于大公司来说&…
阅读更多...
Linux网络：守护进程

Linux网络：守护进程

Linux网络&#xff1a;守护进程 会话进程组会话终端 守护进程setsiddaemon 在创建一个网络服务后&#xff0c;往往这个服务进程是一直运行的。但是对于大部分进程来说&#xff0c;如果退出终端&#xff0c;这个终端上创建的所有进程都会退出&#xff0c;这就导致进程的生命周期…
阅读更多...
发布jar包到maven仓库中的命令

发布jar包到maven仓库中的命令

将JAR包发布到Maven仓库中&#xff0c;可以通过以下步骤和命令来完成&#xff1a; 安装到本地Maven仓库 如果你只是想将JAR包安装到本地Maven仓库中&#xff0c;以便在当前机器上的其他Maven项目可以使用&#xff0c;可以使用以下命令&#xff1a; bash mvn install:instal…
阅读更多...
基于gradio+networkx库对图结构进行可视化展示

基于gradio+networkx库对图结构进行可视化展示

前言 在gradio框架下对蛋白质-蛋白质相互作用网络&#xff08;PPI网络&#xff09;进行可视化&#xff0c;并将其在网页前端进行展示。 方法 其实很简单 可以直接使用networkx画图后保存图片&#xff0c;然后使用Gradio框架的image组件进行展示即可。 但实际上gradio还配置…
阅读更多...
Remora

Remora

Remora Remora 模型能够独立于碱基识别过程预测甲基化/修饰碱基的状态。Remora 仓库专注于准备修饰碱基训练数据和训练修饰碱基模型。此外，还提供了一些用于运行 Remora 模型和调查原始信号的功能。对于生产环境中的修饰碱基识别，建议使用 Dorado <https://github.com/na…
阅读更多...
【大数据学习 | HBASE高级】hive操作hbase

【大数据学习 | HBASE高级】hive操作hbase

一般在查询hbase的数据的时候我们可以直接使用hbase的命令行或者是api进行查询就行了&#xff0c;但是在日常的计算过程中我们一般都不是为了查询&#xff0c;都是在查询的基础上进行二次计算&#xff0c;所以使用hbase的命令是没有办法进行数据计算的&#xff0c;并且对于hbas…
阅读更多...
Rust：原子操作 AtomicBool

Rust：原子操作 AtomicBool

在 Rust 中&#xff0c;你可以使用 std::sync::atomic 模块来进行原子操作。原子操作在多线程环境中特别有用&#xff0c;因为它们可以确保操作的原子性和可见性&#xff0c;从而避免数据竞争和其他并发问题。 为了读取和设置布尔值&#xff0c;你可以使用 AtomicBool 类型。以…
阅读更多...
Python小游戏28——水果忍者

Python小游戏28——水果忍者

首先&#xff0c;你需要安装Pygame库。如果你还没有安装&#xff0c;可以使用以下命令进行安装&#xff1a; 【bash】 pip install pygame 《水果忍者》游戏代码&#xff1a; 【python】 import pygame import random import sys # 初始化Pygame pygame.init() # 设置屏幕尺寸 …
阅读更多...
基于SpringBoot的养老院管理系统+文档

基于SpringBoot的养老院管理系统+文档

&#x1f497;博主介绍&#x1f497;&#xff1a;✌在职Java研发工程师、专注于程序设计、源码分享、技术交流、专注于Java技术领域和毕业设计✌ 温馨提示&#xff1a;文末有 CSDN 平台官方提供的老师 Wechat / QQ 名片 :) Java精品实战案例《700套》 2025最新毕业设计选题推荐…
阅读更多...
智能购物时代：AI在电商平台的革命性应用

智能购物时代：AI在电商平台的革命性应用

在当今数字化时代&#xff0c;人工智能&#xff08;AI&#xff09;技术已成为推动电商行业发展的关键力量。AI技术的应用不仅改变了电商的运营模式&#xff0c;还极大地丰富了消费者的购物体验。随着技术的不断进步&#xff0c;AI在电商领域的应用越来越广泛&#xff0c;从个性…
阅读更多...
卷积、频域乘积和矩阵向量乘积三种形式之间的等价关系与转换

卷积、频域乘积和矩阵向量乘积三种形式之间的等价关系与转换

线性移不变系统 线性移不变系统&#xff08;Linear Time-Invariant System, LTI系统&#xff09;同时满足线性和时不变性两个条件。 线性&#xff1a;如果输入信号的加权和通过系统后&#xff0c;输出是这些输入信号单独通过系统后的输出的相同加权和&#xff0c;那么该系统就…
阅读更多...
基于51单片机的电子钟+秒表LCD1602仿真设计

基于51单片机的电子钟+秒表LCD1602仿真设计

电子钟秒表 0. 设计资料内容清单&&下载链接1. 主要功能&#xff1a;2. 讲解视频&#xff1a;3. 仿真4. 程序代码5. 设计报告6. 原理图 基于51单片机的电子钟秒表LCD1602仿真设计( proteus仿真程序设计报告原理图讲解视频&#xff09; 仿真图proteus7.8及以上 程序编译…
阅读更多...
unity 3d到idea

unity 3d到idea

第一步&#xff0c;确保jdk,sdk,gradle版本一致 unity 3d的配置 idea配置 第二步&#xff0c;整个unity导出安卓项目到idea idea配置项目&#xff08;修改gradl配置&#xff09; gradle配置代码 distributionUrlhttps\://services.gradle.org/distributions/gradle-8.7-bin.z…
阅读更多...
通过地址获取LONG和LAT并且存入csv

通过地址获取LONG和LAT并且存入csv

通过地址获取LONG和LAT并且存入csv 1. Address存在Address这个column里&#xff0c;从网上复制&#xff08;如果可以爬虫自动更好&#xff09; 2. 用代码获取GPS&#xff0c;再存入表格 import pandas as pd from geopy.geocoders import Nominatim from time import sleep#…
阅读更多...
【日志】binlog 文件的三种格式类型

【日志】binlog 文件的三种格式类型

MySQL 的 binlog&#xff08;binary log&#xff09; 是一种日志文件&#xff0c;它记录了所有对数据库的数据更改操作&#xff0c;包括插入、更新、删除等。 主用于主从复制和数据恢复等操作。 binlog 文件的格式有三种主要类型&#xff1a;STATEMENT、ROW 和 MIXED。 1. STA…
阅读更多...
微信小程序的云函数

微信小程序的云函数

微信小程序的云开发中&#xff0c;云函数是一种运行在云端的 Node.js 函数&#xff0c;它允许开发者在云端执行代码&#xff0c;而无需自己搭建服务器。编写云函数时&#xff0c;需要遵循一定的思维模式来确保代码的安全性、效率和可维护性。以下是编写云函数时的一些关键思维&…
阅读更多...
要查看你的系统是 x64（64位）还是 x86（32位），可以按照以下步骤操作

要查看你的系统是 x64（64位）还是 x86（32位），可以按照以下步骤操作

文章目录 1. 通过“系统信息”查看系统架构2. 通过“设置”查看系统架构3. 通过命令提示符查看系统架构4. 通过 PowerShell 查看系统架构5. 通过文件资源管理器查看系统架构总结 要查看你的系统是 x64&#xff08;64位&#xff09;还是 x86&#xff08;32位&#xff09;&…
阅读更多...
ARM 汇编指令

ARM 汇编指令

blr指令的基本概念和用途 在 ARM64 汇编中&#xff0c;blr是 “Branch with Link to Register” 的缩写。它是一种分支指令&#xff0c;主要用于跳转到一个由寄存器指定的地址&#xff0c;并将返回地址保存到链接寄存器&#xff08;Link Register&#xff0c;LR&#xff09;中。…
阅读更多...
最新文章

Copyright @ 2022~2023