C++ RBTree封装mapset

RBTreeNode的声明

RBTree结构

map结构

set结构

改造红黑树

迭代器类

迭代器成员函数

默认成员函数

Insert

set

map

RBTreeNode的声明

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)
		, _col(RED)
	{}
};

RBTree结构

template<class K, class T, class KeyOfType>
class RBTree
{
	typedef RBTreeNode<T> node;
public:
    typedef  __RBTreeIterator<T, T&, T*> Iterator;
	typedef  __RBTreeIterator<T, const T&, const T*> ConstIterator;
private:
	node* _root = nullptr;
};

map结构

namespace nineone
{
	template<class K, class V>
	class map
	{
		struct keyofmap
		{
            const K& operator()(const pair<K, V>& kv) const
			{
				return kv.first;
			}
		};
	public:
	private:
		RBTree<K, pair<const K, V>, keyofmap> rbt;
	};
}

set结构

namespace nineone
{
	template<class K>
	class set
	{
		struct keyofset
		{
            const K& operator()(const K& lhs)  const
			{
				return lhs;
			}
		};
	public:
	private:
		RBTree<K, const K, keyofset> rbt;//这里没有const find说类型不对
	};
}

mapset通过组合的方式复用RBTree
第二个模板参数是用来决定RBTree数的类型
第三个模板参数是为了拿出T里的键，是去实例化的对象的变量里，就是node里的_data
那不是有T和KeyOfType，为什么还需要第一个模板参数呢？因为作为成员函数形参的时候没法从T里拿出K，比如Find就要传进K进去

解释const

keyofmap是一个仿函数，用对象去调用，核心部分是operator()操作符的重载
第一个const，为了防止返回的值被改变，从而对一个调用这个仿函数的函数，出现不被预期的结果
第二个const，为了可以使const对象也可以调用
第三个const，是为了防止 keyofmap 类成员函数的改变，那这类现在不是没有吗？这个仿函数的目的就是为了取出对应的K，建议看effectivC++

改造红黑树

迭代器类

template<class T, class Ref, class Ptr>
struct __RBTreeIterator
{
	typedef RBTreeNode<T> node;
	typedef  __RBTreeIterator<T, Ref, Ptr> Self;
	node* _node;

	__RBTreeIterator( node *const n) 
		:_node(n)
	{}
	Ref operator*()
	{
		return _node->_data;
	}

	Ptr operator->()
	{
		return &_node->_data;
	}

	bool operator!=(const Self& self)
	{
		return _node != self._node;
	}
	
	Self operator++(int)
	{
		Self ret = *this;
		++*this;
		return ret;
	}
	Self operator++()
	{
		if (_node && _node->_right != nullptr)
		{
			node* minright = _node->_right;
			while (minright->_left)
			{
				minright = minright->_left; //果然，这里写错成_right了
			}
			_node = minright;
		}
		else
		{
			node* cur = _node;
			node* parent = cur->_parent;
			while (parent && parent->_right == cur)
			{
				cur = parent;
				parent = parent->_parent;
			}
			_node = parent;
		}
		return *this;
	}
};

Ref对应的是T& 或者const T&；Ptr对应的是T* 或者const T*
这是用一个类来封装node*指针，用类对象来使用迭代器
构造里的const；指针是有两部分，第一是指针自身，第二是自己所指向的内容，★也就是说读写的有两部★；一个总结，const往左边找，左边没有往右边找，靠近哪个，哪个就是常量；node* const n这样写是为了防止传进来的指针被改变；如果是const node* n或node const * n那么是指针所指向的内容不能被改变，关键点是：这个指针所指向的内容是常量；而_node是一个读写指针指针，_node所指的内容和指针自身是可以改变的

operator++

走到中序的下一个位置
中序是左子树根右子树；过当前节点右不为空，就要去找右树的最左节点；如果为空，就说明这个节点走完了，回去看父亲，如果父亲的左指向他，那么父亲这个节点还没走，如果父亲的右指向他，说明父亲节点走完，要向上找，知道找到一个节点，使得parent的left等于cur
注意对指针的解引用之前，最好提前判空

迭代器成员函数

public:
	Iterator Begin()
	{
		node* minleft = _root;
		while (minleft && minleft->_left)
		{
			minleft = minleft->_left;
		}
		return Iterator(minleft);
	}

	Iterator End()
	{
		return Iterator(nullptr); //要有构造
	}

	ConstIterator Begin() const
	{
		node* minleft = _root;
		while (minleft && minleft->_left)
		{
			minleft = minleft->_left;
		}
		return ConstIterator(minleft);
	}

	ConstIterator End() const
	{
		return ConstIterator(nullptr); //要有构造
	}

默认成员函数

public:
	RBTree() = default;

	RBTree(const RBTree<K, T, KeyOfType>& copy)
	{
		_root = Copy(copy._root);
	}

	RBTree& operator=(RBTree<K, T, KeyOfType> rbt)
	{
		swap(_root, rbt._root);
		return *this;
	}

	~RBTree()
	{
		Destory(_root);
		_root = nullptr;
	}
private:
	void Destory(node* root)
	{
		if (root == nullptr)
			return;

		Destory(root->_left);
		Destory(root->_right);
		delete root;
	}	
	node* Copy(node* root)
	{
		if (root == nullptr)
		{
			return nullptr;
		}

		node* newnode = new node(root->_data);
		newnode->_col = root->_col;

		newnode->_left = Copy(root->_left);
		if (newnode->_left)
			newnode->_left->_parent = newnode;
		newnode->_right = Copy(root->_right);
		if (newnode->_right)
			newnode->_right->_parent = newnode;
		return newnode;
	}

类和对象

这里必须要提供默认构造，因为成员变量声明的时候不能使用()来初始化；为了提供更清晰的内存管理和初始化顺序，成员变量的初始化必须在初始化列表或者构造函数体内，
构造函数一定不能是const函数，因为他就是为了初始化用的
赋值重载这里一定要是swap(_root, rbt._root);不能是 _root = rbt._root；因为这个rbt是一个传值传参，出了这个函数就会被调析构；一定要传引用返回，不然又会调拷贝构造；一定要有返回值，目的是为了可以连续赋值

代码

析构的时候用后序析构
拷贝的时候，不要忘记子连接回父

Insert

pair<Iterator, bool> Insert(const T& data)
	{
		if (_root == nullptr)
		{
			_root = new node(data);
			_root->_col = BLACK;
			return make_pair(Iterator(_root), true);
		}
		KeyOfType keyoftype;

		node* cur = _root;
		node* parent = cur;
		while (cur)
		{
			if (keyoftype(cur->_data) < keyoftype(data))
			{
				parent = cur;
				cur = cur->_right;
			}
			else if (keyoftype(cur->_data) > keyoftype(data))
			{
				parent = cur;
				cur = cur->_left;
			}
			else
			{
				return make_pair(Iterator(cur), false);
			}
		}

		cur = new node(data);
		node* newnode = cur;
		if (keyoftype(parent->_data) < keyoftype(data))
		{
			parent->_right = cur;
		}
		else
		{
			parent->_left = cur;
		}
		cur->_parent = parent;

		while (parent && parent->_col == RED)
		{
			node* pparent = parent->_parent;
			if (pparent->_left == parent)
			{
				node* uncle = pparent->_right;
				if (uncle && uncle->_col == RED)
				{
					parent->_col = BLACK;
					uncle->_col = BLACK;
					pparent->_col = RED;

					cur = pparent;
					parent = pparent->_parent;
				}
				else
				{
					if (parent->_left == cur)
					{
						rotateR(pparent);

						//cur->_col = RED;
						parent->_col = BLACK;
						pparent->_col = RED; //这个之前一定是黑
					}
					else
					{
						rotateL(parent);
						rotateR(pparent);

						cur->_col = BLACK;//这竟然写错了
						pparent->_col = RED;
					}
					break;
				}
			}
			else
			{
				node* uncle = pparent->_left;
				if (uncle && uncle->_col == RED)
				{
					uncle->_col = BLACK;
					parent->_col = BLACK;
					pparent->_col = RED;
				}
				else
				{
					if (parent->_right == cur)
					{
						rotateL(pparent);

						parent->_col = BLACK;
						pparent->_col = RED;
					}
					else
					{
						rotateR(parent);
						rotateL(pparent);

						cur->_col = BLACK;
						pparent->_col = RED;
					}
					break;
				}
			}
			_root->_col = BLACK;
		}
		return { Iterator(newnode), true };
	}

返回值的变化，和取值的变化
取值可以用 KeyOfType 的匿名对象来取

代码

return 也可以：pair<Iterator, bool>(newnode, true); or make_pair(Iterator(newnode), true) or make_pair(newnode, true)，不建议最后一种写法；effectiv C++建议：应该尽量避免隐式类型转换，以防止潜在的错误和难以维护的代码；回过来看，第三种因为 iterator是一个node*的封装，而不是node*
列表初始化：一个重要特性是防止窄化转换，比如防止double 变成 int ；防止隐式类型转换还是要使用explicit
explicit只能用于修饰构造函数或转换运算符；explicit operator int() const{}这是转换运算符（隐式转换运算符）
不能传引用返回，因为return的是一个临时对象，出作用域会被销毁，导致悬空引用；make_pair也是传值返回，因为他是返回的是pair的匿名对象

set

namespace nineone
{
	template<class K>
	class set
	{
		struct keyofset
		{
			const K& operator()(const K& lhs)  const
			{
				return lhs;
			}
		};
	public:
		typedef typename RBTree<K, const K, keyofset>::Iterator iterator;
		typedef typename RBTree<K, const K, keyofset>::ConstIterator const_iterator;

		iterator begin()
		{
			return rbt.Begin();
		}

		iterator end()
		{
			return rbt.End();
		}

		const_iterator begin() const
		{
			return rbt.Begin();
		}

		const_iterator end() const
		{
			return rbt.End();
		}

		pair<iterator, bool> insert(const K& k)
		{
			return rbt.Insert(k);
		}

		iterator find(const K& key)
		{
			return rbt.Find(key);
		}
	private:
		RBTree<K, const K, keyofset> rbt;
	};
}

解释

通过组合的方式，用RBTree来封装set，隐藏RBTree类实现细节，提供用户简洁的接口
typedef前面一定要加 typename；没有实例化的类模板去取内嵌类型，是有异议的，编译器不知道这是成员函数名还是成员变量；iterator一定要是public，因为要在类外使用，对于RBTree里的别名同理

解释：两个别名和成员变量的第二个模板参数必须一样★

前提要点，不同类型参数实例化的类模板被视为不同类型，所以不能直接转换（编译器不提供隐式类型转换）；
这三个只要有一个不一样就会报类型无法转换的错误；报错的地方在insert或者find return的地方
我写文章的时候再次调试，报错的地方是对的，在const_iterator end() const这里报错，就是这里，返回语句的地方；因为这个rbt对象构建的树节点的K，是const K类型；但是const_iterator的树节点类型是K，导致返回类型与返回语句的类型不一样，且类型不兼容★
如果函数的返回类型与声明里的返回类型无法隐式类型转换（类型不兼容），编译器就会报错

解释：第二个模板参数

这个模板参数作用到的是节点和迭代器
但是在ConstIterator里后面两个模板参数不是有const了；编译器会自动去掉多余的const，但是你自己多加会编译报错
第二个参数是const，那么迭代器里，_node的类型是RBTreeNode<const T>*，这是一个普通指针；于指针而言，可以指向不同的RBTreeNode<const T>对象；与对象而言，对象里有部分是可以改变的，只有_data是const；const RBTreeNode<const T>*这样才是一个常量指针
所以_node不会因为T为const导致++不能使用

map

namespace nineone
{
	template<class K, class V>
	class map
	{
		struct keyofmap
		{
			const K& operator()(const pair<K, V>& kv) const
			{
				return kv.first;
			}
		};
	public:
		typedef typename RBTree<K, pair<const K, V>, V>::Iterator iterator;
		typedef typename RBTree<K, pair<const K, V>, V>::ConstIterator const_iterator;
		pair<iterator, bool> insert(const pair<K, V>& kv)
		{
			return rbt.Insert(kv);
		}

		iterator find(const K& key)
		{
			return rbt.Find(key);
		}

		V& operator[](const K& key)
		{
			pair<iterator, bool> ret = rbt.Insert(make_pair(key, V()));
			return ret.first->second;
		}

		iterator begin()
		{
			return rbt.Begin();
		}

		iterator end()
		{
			return rbt.End();
		}

		const_iterator begin() const
		{
			return rbt.Begin();
		}

		const_iterator end() const
		{
			return rbt.End();
		}

	private:
		RBTree<K, pair<const K, V>, keyofmap> rbt;
	};
}

解释insert