SGI STL中set/map底层都是通过RB-tree实现的。
首先看看RB-tree结点的定义
1 typedef bool __rb_tree_color_type;
2 const __rb_tree_color_type __rb_tree_red = false;
3 const __rb_tree_color_type __rb_tree_black = true;
4
5 // 结点的基类
6 struct __rb_tree_node_base
7 {
8 typedef __rb_tree_color_type color_type;
9 typedef __rb_tree_node_base* base_ptr;
10
11 // 关键的4个域
12 color_type color;
13 base_ptr parent;
14 base_ptr left;
15 base_ptr right;
16
17 // 返回极值
18 static base_ptr minimum(base_ptr x)
19 {
20 while (x->left != 0) x = x->left;
21 return x;
22 }
23
24 static base_ptr maximum(base_ptr x)
25 {
26 while (x->right != 0) x = x->right;
27 return x;
28 }
29 }
30
31 // 多了一个value域
32 template <class Value>
33 struct __rb_tree_node : public __rb_tree_node_base
34 {
35 typedef __rb_tree_node<Value>* link_type;
36 Value value_field;
37 };
下图是RB-tree结点跟其迭代器的关系
重点看看__rb_tree_iterator的operator++跟operator--，
实际是调用__rb_tree_base_iterator的increment跟decrement。
可以看出迭代器前移/后移的时候会按key的顺序找到下一个/上一个结点。
(set/map<...>::begin()会返回RB-tree中key最小的结点，因此使用operator++遍历会按key的顺序从小到大遍历结点)
1 void increment()
2 {
3 if (node->right != 0) {
4 node = node->right;
5 while (node->left != 0)
6 node = node->left;
7 }
8 else {
9 base_ptr y = node->parent;
10 while (node == y->right) {
11 node = y;
12 y = y->parent;
13 }
14 if (node->right != y)
15 node = y;
16 }
17 }
18
19 void decrement()
20 {
21 if (node->color == __rb_tree_red &&
22 node->parent->parent == node)
23 node = node->right;
24 else if (node->left != 0) {
25 base_ptr y = node->left;
26 while (y->right != 0)
27 y = y->right;
28 node = y;
29 }
30 else {
31 base_ptr y = node->parent;
32 while (node == y->left) {
33 node = y;
34 y = y->parent;
35 }
36 node = y;
37 }
38 }
SGI STL中的rb_tree用了一个小trick，就是使用了一个header结点，用来代表整个rb_tree。
该结点与root结点互为父结点，该结点的left指向最左(key最小)的结点，right指向最右(key最大)的结点。
除此之外，该rb_tree的实现跟普通的红黑树类似，详情可以查看:http://www.cnblogs.com/runnyu/p/4679279.html。
1 template <class Key, class Value, class KeyOfValue, class Compare,
2 class Alloc = alloc>
3 class rb_tree {
4 // rb_tree的基本定义
5 protected:
6 typedef __rb_tree_node_base* base_ptr;
7 typedef __rb_tree_node<Value> rb_tree_node;
8 typedef simple_alloc<rb_tree_node, Alloc> rb_tree_node_allocator;
9 public:
10 typedef Key key_type;
11 typedef Value value_type;
12 typedef value_type* pointer;
13 typedef value_type& reference;
14 typedef rb_tree_node* link_type;
15 typedef size_t size_type;
16 typedef ptrdiff_t difference_type;
17
18 typedef __rb_tree_iterator<value_type, reference, pointer> iterator;
19
20 link_type header;
21 // ...
22
23 // 主要接口
24 iterator begin() { return leftmost(); } // 返回最左边的结点(最小key)
25 iterator end() { return header; }
26
27 iterator insert_equal(const value_type& x); // 插入元素 并允许键值相同
28 pair<iterator,bool> insert_unique(const value_type& x); // 插入元素 键值是独一无二的
29
30 };
set/multiset
有了rb_tree，set/multiset的实现也只是调用rb_tree的接口而已。
其中set跟multiset不一样的是，set插入的时候调用的是insert_unique()，而multiset调用的是insert_equal()。
下面是给出set的基本定义：
1 template <class Key, class Compare = less<Key>, class Alloc = alloc>
2 class set {
3 public:
4 typedef Key key_type;
5 typedef Key value_type; // 使用的value类型跟key一样
6 typedef Compare key_compare;
7 typedef Compare value_compare;
8 private:
9 typedef rb_tree<key_type, value_type,
10 identity<value_type>, key_compare, Alloc> rep_type;
11 rep_type t;
12 public:
13 // 接口的实现只是对rb_tree的封装 不一一列举了
14 iterator begin() const { return t.begin(); }
15 iterator end() const { return t.end(); }
16 pair<iterator,bool> insert(const value_type& x) {
17 pair<typename rep_type::iterator, bool> p = t.insert_unique(x);
18 return pair<iterator, bool>(p.first, p.second);
19 }
20 // ...
21 };
map/multimap
map/mulitmap的实现也是通过调用rb_tree的接口。
map/mulitmap不一样的是，map插入的时候调用的是insert_unique()，而multimap调用的是insert_equal()。
下面是给出map的基本定义：
1 template <class Key, class T, class Compare = less<Key>, class Alloc
2 class map {
3 public:
4 typedef Key key_type;
5 typedef T data_type;
6 typedef T mapped_type;
7 typedef pair<const Key, T> value_type; // 在rb_tree中value的类型是pair
8 typedef Compare key_compare;
9 private:
10 // select1st直接return T.first 用于rb_tree取到key进行比较大小
11 typedef rb_tree<key_type, value_type,
12 select1st<value_type>, key_compare, Alloc> rep_type;
13 rep_type t;
14 // ...
15
16 // 接口只是对rb_tree的封装 就不一一列举了
17 iterator begin() { return t.begin(); }
18 iterator end() { return t.end(); }
19 pair<iterator,bool> insert(const value_type& x) { return t.insert_unique(x); }
20 // ...
21 }
另外STL中有未列入标准的hash_set/hash_map以及C++11中的unordered_set/map，底层是使用hashtable实现的。
相比于用rb_tree实现的set/map，它们的插入删除查找操作具有O(1)的时间复杂度(没有冲突情况下)，但是它们的元素的顺序是无序的。
时间： 2024-10-08 16:55:07