【数据结构】&&【C++】封装红黑树模拟实现map和set容器
- 一.红黑树的完成
- 二.改造红黑树(泛型适配)
- 三.封装map和set的接口
- 四.实现红黑树迭代器(泛型适配)
- 五.封装map和set的迭代器
- 六.解决key不能修改问题
- 七.实现map[]运算符重载
一.红黑树的完成
在上一篇红黑树的模拟实现中，已经将红黑树实现完毕，这里不再分析。
#pragma once
#include <iostream>
using namespace std;
//红黑树，不是红色就是黑色
enum Color
{
RED,
BLACK
};
template <class K, class V>
//先定义结点
struct RBtreeNode
{
RBtreeNode<K, V>* _left;
RBtreeNode<K, V>* _right;
RBtreeNode<K, V>* _parent;
Color _col;
pair<K, V> _kv;
RBtreeNode(const pair<K,V> kv)
:_left(nullptr)
,_right(nullptr)
,_parent(nullptr)
,_col(RED)//根结点是黑色,但插入的元素是红色的
,_kv(kv)
{}
};
template <class K, class V>
class RBTRree
{
typedef RBtreeNode<K, V> Node;
public:
bool CheckColour(Node* root, int blacknum, int benchmark)
{
if (root == nullptr)
{
if (blacknum != benchmark)
return false;
return true;
}
if (root->_col == BLACK)
{
++blacknum;
}
if (root->_col == RED && root->_parent && root->_parent->_col == RED)
{
cout << root->_kv.first << "出现连续红色节点" << endl;
return false;
}
return CheckColour(root->_left, blacknum, benchmark)
&& CheckColour(root->_right, blacknum, benchmark);
}
bool IsBalance()
{
return IsBalance(_root);
}
bool IsBalance(Node* root)
{
if (root == nullptr)
return true;
if (root->_col != BLACK)
{
return false;
}
// 基准值
int benchmark = 0;
Node* cur = _root;
while (cur)
{
if (cur->_col == BLACK)
++benchmark;
cur = cur->_left;
}
return CheckColour(root, 0, benchmark);
}
void RotateL(Node* parent)//左单旋
{
Node* cur = parent->_right;
Node* curleft = cur->_left;
parent->_right = curleft;
if (curleft)
{
curleft->_parent = parent;
}
cur->_left = parent;
Node* pp = parent->_parent;
parent->_parent = cur;
if (parent == _root)
{
//那么这样cur就是根结点了
_root = cur;
cur->_parent = nullptr;
}
else
{
if (pp->_left == parent)
{
pp->_left = cur;
}
else
{
pp->_right = cur;
}
cur->_parent = pp;
//旋转后cur和parent bf都为0?
}
}
void RotateR(Node* parent)//右单旋
{
Node* cur = parent->_left;
Node* curright = cur->_right;
parent->_left = curright;
if (curright)
{
curright->_parent = parent;
}
Node* ppnode = parent->_parent;
cur->_right = parent;
parent->_parent = cur;
if (ppnode == nullptr)
{
//说明cur就变成根节点了
_root = cur;
cur->_parent = nullptr;
}
else
{
if (ppnode->_left == parent)
{
ppnode->_left = cur;
}
else
{
ppnode->_right = cur;
}
cur->_parent = ppnode;
}
}
//插入与搜索树是一致的
bool Insert(const pair<K, V>& kv)
{
//红黑树的插入就是搜索树的插入
if (_root == nullptr)
{
_root = new Node(kv);
_root->_col = BLACK;
return true;
}
//说明该二叉树不是空树，那么就进行比较找到位置
Node* cur = _root;
Node* parent = nullptr;
while (cur)
{
if (cur->_kv.first < kv.first)
{
parent = cur;
//记录结点的位置
cur = cur->_right;
}
else if (cur->_kv.first > kv.first)
{
parent = cur;
cur = cur->_left;
}
else
{
return false;
}
}
//走到这里表明cur为空了，表明位置已经找到了
cur = new Node(kv);
cur->_col = RED;
//插入结点是红色的
if (kv.first > parent->_kv.first)
{
parent->_right = cur;
}
else
{
parent->_left = cur;
}
//注意这个是三叉链，还要注意父指针
cur->_parent = parent;
//插入结点是红色的！然后如果父节点是黑色的那么就没有事，但如果父节点是红色那么就需要讨论！
//可能parent不存在
while (parent && parent->_col == RED)
{
Node* grandfather = parent->_parent;
//先记录下祖父位置
if (parent==grandfather->_left)
{
//说明叔叔在右边
Node* uncle = grandfather->_right;
//uncle存在且为红色
if(uncle && uncle->_col == RED)
{
//解决方法：变色+向上调整
parent->_col = uncle->_col = BLACK;
grandfather->_col = RED;
cur = grandfather;
parent = cur->_parent;
}
else//uncle不存在或者uncle存在为黑色 解决方法：旋转+变色 旋转完后作为根结点就需要变黑色
{
if (cur == parent->_left)
{
//右旋
RotateR(grandfather);
//变色
parent->_col = BLACK;
grandfather->_col = RED;
}
else
{
//双旋
//先左旋
RotateL(parent);
RotateR(grandfather);
//变色
cur->_col = BLACK;
grandfather->_col = RED;
}
break;
}
}
else//parent==grandfather->_right
{
Node* uncle = grandfather->_left;
//uncle存在且为红色
if (uncle && uncle->_col == RED)
{
parent->_col = uncle->_col = BLACK;
grandfather->_col = RED;
cur = grandfather;
parent = cur->_parent;
}
else//uncle不存在或者存在且为黑色
{
if (cur == parent->_right)
{
//左旋
RotateL(grandfather);
//变色
parent->_col = BLACK;
grandfather->_col = RED;
}
else
{
//先右旋再左旋
RotateR(parent);
RotateL(grandfather);
//变色
cur->_col = BLACK;
grandfather->_col = RED;
}
break;
}
}
}
//当最后调整到根节点时，父节点不存在，如果这时根结点要是红色的那么就是要变色红色
_root->_col = BLACK;
return true;
}
private:
Node* _root=nullptr;
};
二.改造红黑树(泛型适配)
我们要对红黑树进行改造，因为map和set底层用的都是红黑树，虽然不是同一个树，但是是同一个模板实例化出来的红黑树。我们要让红黑树可以适配不同的数据类型，因为set里面存的是K类型，而map里面存的是pair<K,V>类型。
所以我们一开始并不知道树里存的数据是什么类型，那么就用T表示。当传的模板参数是K类型，树里存的就是K类型，当传的模板参数是pair<K,V>类型，树里存的就是pair<K,V>类型，所以我们可以通过传模板参数来决定树里存的是什么数据类型。
所以我们改造红黑树里的数据都改成T类型，T类型我们不知道是什么数据类型，根据传的模板参数决定。
enum Color
{
RED,
BLACK
};
template <class T>
//先定义结点
struct RBtreeNode
{
//我们也不知道数据是什么？ 是T类型，根据传的模板参数确定
RBtreeNode<T>* _left;
RBtreeNode<T>* _right;
RBtreeNode<T>* _parent;
Color _col;
T _data;
RBtreeNode(const T& data)
:_left(nullptr)
, _right(nullptr)
, _parent(nullptr)
, _col(RED)//根结点是黑色,但插入的元素是红色的
, _data(data)
{}
};
template <class K, class T>
//我们不知道数据类型，为什么还要传K类型呢？
//这里的K是find查找 key值
struct RBTree
{
public:
typedef RBtreeNode<T> Node;
private:
bool Insert(const T& data)
{
if (_root == nullptr)
{
_root = new Node(data);
_root->_col = BLACK;
return true;
}
Node* cur = _root;
Node* parent = nullptr;
while (cur)
{
if (cur->_data < data)
{
parent = cur;
//记录结点的位置
cur = cur->_right;
}
else if (cur->_data > data)
{
parent = cur;
cur = cur->_left;
}
else
{
return false;
}
}
//走到这里表明cur为空了，表明位置已经找到了
cur = new Node(kv);
cur->_col = RED;
//插入结点是红色的
if (data > parent->_data)
{
parent->_right = cur;
}
else
{
parent->_left = cur;
}
//注意这个是三叉链，还要注意父指针
cur->_parent = parent;
//插入结点是红色的！然后如果父节点是黑色的那么就没有事，但如果父节点是红色那么就需要讨论！
//可能parent不存在
while (parent && parent->_col == RED)
{
Node* grandfather = parent->_parent;
//先记录下祖父位置
if (parent==grandfather->_left)
{
//说明叔叔在右边
Node* uncle = grandfather->_right;
//uncle存在且为红色
if(uncle && uncle->_col == RED)
{
//解决方法：变色+向上调整
parent->_col = uncle->_col = BLACK;
grandfather->_col = RED;
cur = grandfather;
parent = cur->_parent;
}
else//uncle不存在或者uncle存在为黑色 解决方法：旋转+变色 旋转完后作为根结点就需要变黑色
{
if (cur == parent->_left)
{
//右旋
RotateR(grandfather);
//变色
parent->_col = BLACK;
grandfather->_col = RED;
}
else
{
//双旋
//先左旋
RotateL(parent);
RotateR(grandfather);
//变色
cur->_col = BLACK;
grandfather->_col = RED;
}
break;
}
}
else//parent==grandfather->_right
{
Node* uncle = grandfather->_left;
//uncle存在且为红色
if (uncle && uncle->_col == RED)
{
parent->_col = uncle->_col = BLACK;
grandfather->_col = RED;
cur = grandfather;
parent = cur->_parent;
}
else//uncle不存在或者存在且为黑色
{
if (cur == parent->_right)
{
//左旋
RotateL(grandfather);
//变色
parent->_col = BLACK;
grandfather->_col = RED;
}
else
{
//先右旋再左旋
RotateR(parent);
RotateL(grandfather);
//变色
cur->_col = BLACK;
grandfather->_col = RED;
}
break;
}
}
}
//当最后调整到根节点时，父节点不存在，如果这时根结点要是红色的那么就是要变色红色
_root->_col = BLACK;
return true;
}
}
//K用来查找数据中的key
Node* find(const K& key)
{
keyofT kof;
Node* cur = _root;
while (cur)
{
if (kof(cur->_data) < key)
{
cur = cur->_right;
}
else if (kof(cur->_data) > key)
{
cur = cur->_left;
}
else
{
return cur;
}
}
return nullptr;
}
Node* _root = nullptr;
};
存在问题：
红黑树里的比较逻辑都是按照K值进行比较的，这里的红黑树存储的数据是T类型，当插入一个T类型的数据时，我们也不知道这个数据是K类型还是pair<K,V>类型，我们该如何进行里面的比较逻辑呢？
解决方法：
我们可以利用一个仿函数，这个仿函数的功能是可以将数据里的K类型数据取出来。那么我们可以给红黑树增加一个模板参数，给仿函数用。一旦遇到要比较的逻辑时，我们就可以将数据里的K值取出来进行比较。
仿函数实现的原理：当T类型是K类型数据时，直接返回K值即可，当T类型是pair<K,V>数据时，返回里面的first数据即可(就是K值)。
template <class K, class T,class keyofT>
//这里的K是find查找 key值，ketofT是仿函数用来获取data数据里的K值
struct RBTree
{
public:
//插入与搜索树是一致的
bool Insert(const T& data)//现在红黑树里存的数据我们不确定，就只是T类型
{
//红黑树的插入就是搜索树的插入
if (_root == nullptr)
{
_root = new Node(data);
_root->_col = BLACK;
return true;
}
Node* cur = _root;
Node* parent = nullptr;
keyofT kof;
while (cur)
{
//这里因为树里存的数据到底是什么类型的，所以无法这样比较
//我们想要根据K值来进行比较，但最终的数据可能是pair类型的
//所以我们需要一个仿函数keyofT来获取K类型和pair类型的里的K值
if (kof(cur->_data) < kof(data)
{
parent = cur;
//记录结点的位置
cur = cur->_right;
}
else if (kof(cur->_data) > kof(data))
{
parent = cur;
cur = cur->_left;
}
else
{
return make_pair(iterator(cur), false);
//插入失败，返回的是已经存在结点的迭代器
}
}
//走到这里表明cur为空了，表明位置已经找到了
cur = new Node(data);
Node* newnode = cur;
//下面cur可能会往上走，先记录一下
cur->_col = RED;
//插入结点是红色的
if (kof(data) > kof(parent->_data))
{
parent->_right = cur;
}
else
{
parent->_left = cur;
}
//注意这个是三叉链，还要注意父指针
cur->_parent = parent;
//插入结点是红色的！然后如果父节点是黑色的那么就没有事，但如果父节点是红色那么就需要讨论！
//可能parent不存在
while (parent && parent->_col == RED)
{
Node* grandfather = parent->_parent;
//先记录下祖父位置
if (parent == grandfather->_left)
{
//说明叔叔在右边
Node* uncle = grandfather->_right;
//uncle存在且为红色
if (uncle && uncle->_col == RED)
{
//解决方法：变色+向上调整
parent->_col = uncle->_col = BLACK;
grandfather->_col = RED;
cur = grandfather;
parent = cur->_parent;
}
else//uncle不存在或者uncle存在为黑色 解决方法：旋转+变色 旋转完后作为根结点就需要变黑色
{
if (cur == parent->_left)
{
//右旋
RotateR(grandfather);
//变色
parent->_col = BLACK;
grandfather->_col = RED;
}
else
{
//双旋
//先左旋
RotateL(parent);
RotateR(grandfather);
//变色
cur->_col = BLACK;
grandfather->_col = RED;
}
break;
}
}
else
{
Node* uncle = grandfather->_left;
if (uncle && uncle->_col == RED)
{
parent->_col = uncle->_col = BLACK;
grandfather->_col = RED;
cur = grandfather;
parent = cur->_parent;
}
else//uncle不存在或者存在且为黑色
{
if (cur == parent->_right)
{
//左旋
RotateL(grandfather);
//变色
parent->_col = BLACK;
grandfather->_col = RED;
}
else
{
//先右旋再左旋
RotateR(parent);
RotateL(grandfather);
//变色
cur->_col = BLACK;
grandfather->_col = RED;
}
break;
}
}
}
_root->_col = BLACK;
return true;
}
三.封装map和set的接口
封装set,内部实现仿函数，然后底层封装的是存储K值的红黑树。
namespace tao
{
template <class K>//根据传给模板参数T不同的参数，让红黑树来存不同的数据
class set
{
//仿函数：set_keyoft用来获取数据里的K值
struct set_keyoft
{
const K& operator()(const K& kv)
{
return kv;
}
};
//
public:
bool insert(const K& key)
{
return _rb.insert(key);
}
private:
//根据模板参数来实例化不同的红黑树
//这里的红黑树被实例化成存储K类型的
RBTree<K, K, set_keyoft> _rb;
};
}
封装map，实现仿函数，底层存储的是pair<K,V>类型的红黑树。
namespace tao
{
//根据模板参数来实例化不同的红黑树
template <class K,class V>
class map
{
//仿函数：map_keyoft用来获取数据中的K值。
struct map_keyoft
{
const K& operator()(const pair<K, V>& kv)
{
return kv.first;
}
};
public:
bool insert(const pair<K,V>& kv)//插入的数据类型是由红黑树存的数据类型有关
//直接调用红黑树的接口
{
return _rb.Insert(kv); //因为map底层红黑树里存的是pair类型数据
}
private:
RBTree<K, pair<const K,V>, map_keyoft> _rb;
//这里红黑树被实例化为存储pair<K,V>类型的
};//根据传给模板参数T不同的参数，让红黑树来存不同的数据
}
四.实现红黑树迭代器(泛型适配)
红黑树的迭代器和链表的迭代器类似，都是自定义类型，因为原生指针不能满足需要，所以需要自定义，底层封装着原生指针，也就是指向结点的指针，通过对原生指针一些操作来达到红黑树迭代器的需要。
1.迭代器有普通迭代器和const迭代器，普通迭代很好实现，那么const迭代器如何实现呢？
与链表的const迭代器实现原理一样，我们通过三个模板参数(template <class T,class Ref,class Ptr>)来控制函数的返回值，从而控制返回的是普通类型的迭代器还是const类型的迭代器。这里也就是泛型适配，适配多种类型 。
Ref控制解引用函数的返回值，当Ref为T&时，返回的就是普通迭代器，当Ref为const T&时，返回的就是const迭代器。
Ptr控制的->重载函数的返回值，当Ptr为T时，返回的就是普通迭代器，当Ptr为const T时，返回的就是const迭代器。
2.红黑树迭代器的++实现原理：
1.首先begin的位置肯定是在最左边，也就是最小值。
2.++就是下一个位置，++到下一个比它大的位置。我们就要讨论当前结点的右边是否有结点。
3.当右边有结点时，那么就找右边的最小值，也就是右边的最左结点。
4.当右边没有结点时，我们就要往上找父亲结点为左结点的那个祖先。因为当右边没有结点时，说明右边已经访问完了，那么往上找凡是父亲结点是祖先右边时就直接跳过，当父亲结点是祖先左边时，那么这个祖先结点就是下一次要访问的结点。
3.红黑树迭代器的–实现原理:
1.跟加加倒着来就可以了。
2.–就是前面的位置，–到上一个比它小的位置。我们要讨论的是当前结点的左边是否有结点。
3.当左边有结点时，我们就找左边的最大值，也就是左边的最右结点。
4.当左边没有结点时，我们就找父亲结点为右结点的那个祖先。
//只有把树里的迭代器搞完，才能搞map和set的迭代器
//迭代器提供三个模板参数，第一个控制数据类型，第二个控制解引用返回值类型，第三个控制->返回值类型
template <class T,class Ref,class Ptr>
//泛型适配
struct _treeIterator
{
typedef _treeIterator<T,Ref,Ptr> Self;
typedef RBtreeNode<T> Node;
//底层封装一个原生指针
_treeIterator( Node * node)//迭代器的构造
:_node(node)
{}
Ref& operator*()
{
return _node->_data;
}
Ptr operator->()
{
return &_node->_data;
}
Self& operator--()
{
//找孩子是父亲右的那个
//我们要讨论当前结点的左边是否右结点
if (_node->_left)//如果左边存在，那么就找最大值
{
Node* curleft = _node->_left;
while (curleft->_right)
{
curleft = curleft->_right;
}
_node = curleft;
}
else//左边不存在，就找孩子是父亲右的那个
{
Node* cur = _node;
Node* parent = cur->_parent;
while (parent && cur == parent->_left)
{
cur = parent;
parent = cur->_parent;
}
//走到这里说明找到孩子是右边的了
_node = parent;
}
return *this;
}
Self& operator++()
{
//如果右边存在，那么就找最小结点
if (_node->_right)
{
Node* curright = _node->_right;
while (curright->_left)
{
curright = curright->_left;
}
_node = curright;
}
else//右边不存在，就找孩子是父亲左边的那个祖先
{
Node* cur = _node;
Node* parent = cur->_parent;
while (parent&&cur==parent->_right)
{
cur = parent;
parent = cur->_parent;
}
_node = parent;
}
return *this;
}
bool operator!=(const Self& n)
{
return _node != n._node;
}
//迭代器底层封装着结点指针
Node* _node;
};
迭代器完成之后，我们就要在红黑树里，来实现迭代器的begin()和end()了。
1.首先我们需要给迭代器重命名，因为带有模板后，名字太长了。
2.我们可以通过传不同的模板参数，来是实例化出我们想要的迭代器:普通迭代器和const迭代器。
3.红黑树的迭代器begin()是要求在最小结点那个位置的迭代器，即最左结点，找到最左结点后，我们就用该结点的指针构造迭代器即可。
4.红黑树的迭代器end()可以看作是nullptr的位置，当找不到父亲时，就说明到尽头了。 直接用空来构造迭代器。
5.const迭代器的begin()和end()与普通迭代器的begin()和end()是一样的，就是构造时用const迭代器构造，和返回const迭代器。
template <class K, class T,class keyofT>
//这里的K是find查找 key值
struct RBTree
{
public:
//红黑树的迭代器和链表的迭代器很相似都是自定义类型，里面封装着指针，因为原生指针不满足要求！
typedef RBtreeNode<T> Node;
typedef _treeIterator<T,T&,T*> iterator;//普通迭代器
//两个是相同的类模板，通过传不同的模板参数，实例化出不同的迭代器
typedef _treeIterator<T, const T&, const T*> const_iterator;//const迭代器
//通过控制传模板参数来选择是普通迭代器还是const迭代器
iterator begin()//最左边的结点
{
Node* curleft = _root;
while (curleft && curleft->_left)//还要判断一下curleft是否为空，因为root头可能为空
{
curleft = curleft->_left;
}
return iterator(curleft);
}
iterator end()//为空的位置
{
return iterator(nullptr);//用空表示end();
}
const_iterator begin()const
{
Node* curleft = _root;
while (curleft && curleft->_left)//还要判断一下curleft是否为空，因为root头可能为空
{
curleft = curleft->_left;
}
return const_iterator(curleft);
}
const_iterator end()const
{
return const_iterator(nullptr);//用空表示end();
}
}
五.封装map和set的迭代器
只有红黑树里的迭代器完成了，才可以封装map和set里的迭代器。
封装set的迭代器，本质就是调用红黑树里的迭代器接口。
1.不过要注意的是，在重命名红黑树里的迭代器时，需要在类名前面加上typename，如果不加上typename是不行的，因为这时类模板还没有实例化出对象出来，就算实例化了，也有部分类型没有实例，因为编译器也不知道这个是内置类型还是静态变量，加上是告诉编译器这个是类型，这个类型在类模板里定义，等类模板实例化后再找。
2.定义好普通迭代和const迭代器后，就可以实现begin()和end()了。
namespace tao
{
//根据模板参数来实例化不同的红黑树
template <class K>//根据传给模板参数T不同的参数，让红黑树来存不同的数据
class set
{
//这里的红黑树被实例化成存储K类型的
struct set_keyoft
{
const K& operator()(const K& kv)
{
return kv;
}
};
public:
//typedef RBTree<K, K, set_keyoft>::iterator iterator;
//这样写是不行的，因为类模板还没有实例化出对象来就算实例化，也有的类没有实例，里面没有成员
typedef typename RBTree<K, K, set_keyoft>::iterator iterator;//-> K 不可以修改 V可以修改
typedef typename RBTree<K, K, set_keyoft>::const_iterator const_iterator;//-> K V 都不可以修改
//告诉编译器这个是类型，这个类型在类模板里定义，等类模板实例化后再去找
iterator begin()
{
return _rb.begin();
}
iterator end()
{
return _rb.end();
}
const_iterator begin()const
{
return _rb.begin();
}
const_iterator end()const
{
return _rb.end();
}
private:
RBTree<K, K, set_keyoft> _rb;
};
}
封装set的迭代器，本质就是调用红黑树里的迭代器接口。
namespace tao
{
//根据模板参数来实例化不同的红黑树
template <class K,class V>
class map
{
struct map_keyoft
{
const K& operator()(const pair<K, V>& kv)
{
return kv.first;
}
};
public:
//map和set的迭代器就是树里的迭代器
typedef typename RBTree<K, pair<K, V>, map_keyoft>::iterator iterator;
typedef typename RBTree<K, pair<K, V>, map_keyoft>::const_iterator const_iterator;
//编译器不知道这个是内嵌类型还是自定义类型还是静态变量，所以需要显式表明这个是什么
iterator begin()
{
return _rb.begin();
}
iterator end()
{
return _rb.end();
}
const_iterator begin()const
{
return _rb.begin();
}
const_iterator end()const
{
return _rb.end();
}
private:
//这里红黑树被实例化为存储pair<K,V>类型的
RBTree<K, pair<K,V>, map_keyoft> _rb;
};//根据传给模板参数T不同的参数，让红黑树来存不同的数据
}
六.解决key不能修改问题
set里面存储的Key值是不能被修改的，map里的存储的K值也是不能被修改，但是Value值是可以被修改！
如果解决这个问题呢？
问题：set里的key值不能被修改。map里的key值不能被修改，value值可以被修改。
set解决原理：
1.set里存储的值就只有Key值，索性我们直接让这个存储的数据无法被修改，只能访问读取，无法修改。即使用const修饰。而我们是通过迭代器来访问到这个数据的，所以我们让普通迭代器变成const迭代器即可。所以在set里，普通迭代器和const迭代器最终都是const迭代器。
2.那么迭代器都是const的了，最终都只会调用const修饰的begin()和end()函数了，普通的begin()和end()就不需要写了。
3.不过这样处理又会出现一个很难搞的问题，这个就是set的insert的返回值问题，我们后面要实现map的[]运算符重载就会讲到。
set的解决方法：
public:
typedef typename RBTree<K, K, set_keyoft>::const_iterator iterator;//将普通迭代器也变成const迭代器,这样存储的数据Key就无法被修改了
typedef typename RBTree<K, K, set_keyoft>::const_iterator const_iterator;
/*iterator begin()
{
return _rb.begin();
}
iterator end()
{
return _rb.end();
}*/
//最后只会调用这两个函数。
const_iterator begin()const
{
return _rb.begin();
}
const_iterator end()const
{
return _rb.end();
}
map的解决原理
1.在存储的时候就让K值无法修改。
2.因为我们知道map里存储的数据是pair<K，V>类型，我们不能想set那个让普通迭代器变成const迭代器，因为map要求Value的值还是可以修改的，所以不让pair<K,V>类型无法修改，而是单纯的让里面的K值无法修改，也就是在里面用const修饰K，那么这样K值就不能被修改，V值可以被修改。
3.pair是可以修改的，但是里面的K是无法被修改的！
map的解决方法：
public:
typedef typename RBTree<K, pair<const K, V>, map_keyoft>::iterator iterator;
//map的普通迭代器就是普通的，const的就是const的
typedef typename RBTree<K, pair<const K, V>, map_keyoft>::const_iterator const_iterator;
//通过存储时，就将K设置为const类型的
iterator begin()
{
return _rb.begin();
}
iterator end()
{
return _rb.end();
}
const_iterator begin()const
{
return _rb.begin();
}
const_iterator end()const
{
return _rb.end();
}
private:
RBTree<K, pair<const K,V>, map_keyoft> _rb;
//pair是可以修改的，但是里面的K是无法被修改的！
}
}
七.实现map[]运算符重载
map的[ ]运算符重载，底层实现本质是调用了insert函数。然后通过insert函数返回的pair<iterator,bool>类型数据来找到Value值。
所以在实现[ ]运算符重载时，我们需要对红黑树里的insert进行改造，因为原来的insert的返回值是布尔值，我们需要pair类型返回值。
//改造insert，返回值变成pair<iterato,bool>类型
pair<iterator,bool> Insert(const T& data)
{
if (_root == nullptr)
{
_root = new Node(data);
_root->_col = BLACK;
return make_pair(iterator(_root),true);
//插入成功则返回的是新结点指针构造的迭代器封装的pair类型，bool值为true
}
Node* cur = _root;
Node* parent = nullptr;
keyofT kof;
while (cur)
{
if (kof(cur->_data) < kof(data))
{
parent = cur;
//记录结点的位置
cur = cur->_right;
}
else if (kof(cur->_data) > kof(data))
{
parent = cur;
cur = cur->_left;
}
else
{
return make_pair(iterator(cur), false);
//插入失败，返回的是已经存在结点的迭代器构造的pair类型，bool值是false
}
}
cur = new Node(data);
Node* newnode = cur;
//下面cur可能会往上走，先记录一下
cur->_col = RED;
//插入结点是红色的
if (kof(data) > kof(parent->_data))
{
parent->_right = cur;
}
else
{
parent->_left = cur;
}
//注意这个是三叉链，还要注意父指针
cur->_parent = parent;
while (parent && parent->_col == RED)
{
Node* grandfather = parent->_parent;
//先记录下祖父位置
if (parent == grandfather->_left)
{
//说明叔叔在右边
Node* uncle = grandfather->_right;
//uncle存在且为红色
if (uncle && uncle->_col == RED)
{
//解决方法：变色+向上调整
parent->_col = uncle->_col = BLACK;
grandfather->_col = RED;
cur = grandfather;
parent = cur->_parent;
}
else//uncle不存在或者uncle存在为黑色 解决方法：旋转+变色 旋转完后作为根结点就需要变黑色
{
if (cur == parent->_left)
{
//右旋
RotateR(grandfather);
//变色
parent->_col = BLACK;
grandfather->_col = RED;
}
else
{
RotateL(parent);
RotateR(grandfather);
//变色
cur->_col = BLACK;
grandfather->_col = RED;
}
break;
}
}
else//parent==grandfather->_right
{
Node* uncle = grandfather->_left;
//uncle存在且为红色
if (uncle && uncle->_col == RED)
{
parent->_col = uncle->_col = BLACK;
grandfather->_col = RED;
cur = grandfather;
parent = cur->_parent;
}
else//uncle不存在或者存在且为黑色
{
if (cur == parent->_right)
{
//左旋
RotateL(grandfather);
//变色
parent->_col = BLACK;
grandfather->_col = RED;
}
else
{
//先右旋再左旋
RotateR(parent);
RotateL(grandfather);
//变色
cur->_col = BLACK;
grandfather->_col = RED;
}
break;
}
}
}
_root->_col = BLACK;
return make_pair(iterator(newnode), true);
//最后返回的是新节点构造的迭代器封装的pair类型
}
红黑树的insert改造后，那么set和map里的insert都需要修改，因为底层用的就是红黑树的insert。
这样修改是对的吗？有没有什么问题呢？
但是这时会出现一个问题，set里面的insert报错。这是为什么呢？
问题在于，我们之前让普通迭代变成const迭代器，而这里的pair<iterator,bool>中的iterator其实本质上是const_iterator。
是pair<const_itearto,bool>类型的。而红黑树里的insert返回的是普通迭代器，也就是pair<iterator,bool>类型的。这是两个不同的类型，无法直接将pair<iterator,bool>类型转换成pair<const_itearto,bool>类型的。所以会报错。
那么如何解决这个问题呢？
不知道你有没有见过这个的代码
list<int>::iteartor it= l.begin();
list<int>::const_iterator cit =l.begin();
STL库里是支持将普通迭代器转换成const迭代器。那么库里是如何实现的呢？
1.迭代器的拷贝函数是浅拷贝，我们不需要写，编译器自动生成的拷贝就可以用，编译器自动生成的拷贝函数只能实现普通迭代器拷贝给普通迭代器，const迭代器拷贝给const迭代器。(原理就是拷贝函数的对象类型就是调用这个函数的类型，当普通迭代器调用拷贝时，那么拷贝对象就是普通类型，当const迭代器调用拷贝时，那么拷贝对象就是const类型)
2.而我们需要的是让普通迭代器能够拷贝给const迭代器。所以我们需要自己增加拷贝函数。
3.库里的设计很妙，库里重新定义了一个iterator，作为拷贝对象，而这个iterator固定了就是普通的迭代器，不会随着调用对象而改变类型。所以当普通迭代器调用时，就会将普通iterator拷贝给它。当const迭代器调用时，就会将普通迭代器iterator拷贝给它。
4.所以我们需要对红黑树的迭代器添加拷贝构造。用普通迭代器iteartor作为拷贝对象。
template <class T,class Ref,class Ptr>
struct _treeIterator
{
typedef _treeIterator<T,Ref,Ptr> Self;
typedef RBtreeNode<T> Node;
typedef _treeIterator<T, T&, T*> Iterator;//重新定义一个迭代器，这个迭代器完全是普通迭代器。
_treeIterator(const Iterator& it)//相当于迭代器的拷贝构造,但不完全是
:_node(it._node)
{}
//当为普通迭代器时，普通迭代器构造普通迭代器，是拷贝构造
//当为const迭代器时，普通迭代器构造const迭代器，是构造
_treeIterator( Node * node)//迭代器的构造
:_node(node)
{}
……………………
……………………
这样处理后，我们再利用pair<iterator,bool>类型的构造函数，将普通迭代器转换成const迭代器。
1.先将insert返回类型利用ret接收
2.利用pair<iteartor,bool>构造将ret里的普通迭代器转换为const迭代器。
//这里的iterator是const_iterator
pair<iterator,bool> insert(const K& kv)
{
//这里insert返回的是树里的普通迭代器_treeIterator<T,T&,T*> iterator
pair<typename RBTree<K, K, set_keyoft>::iterator, bool> ret = _rb.Insert(kv);//因为set底层红黑树里存的是K类型数据
return pair<iterator, bool>(ret.first, ret.second);
//用普通迭代器构造const迭代器
//所以我们需要写一个迭代器的构造函数,可以用迭代器构造迭代器
}
最后insert的改造到这里就结束了，insert改造完后，就可以实现[ ]运算符重载了。
V& operator[](const K& key)
{
pair<iterator, bool> ret = insert(make_pair(key, V()));
//已经存在就就不插入，不存在就插入，默认给V的缺省参数
//如果key在树里已经存在那么就返回已经存在结点的迭代器
//如果key不在树里，那么就将该结点插入进去，返回该结点的迭代器
return ret.first->second;
//first先访问里面的迭代器，迭代器的second才是Value值。
}
