c++ - 模拟实现set、map

news2024/12/31 6:35:46

文章目录

  • 前言
    • 一、set模拟实现
    • 二、map模拟实现

前言

在C++标准库中，std::set 和 std::map都是非常常用的容器，它们提供了基于键值对的存储和快速查找能力。然而，关于它们的底层实现，C++标准并没有强制规定具体的数据结构，只是规定了它们的行为特性（如唯一性、有序性等）。不过，大多数C++标准库实现（如GCC的libstdc++和Clang的libc++）都采用了红黑树（Red-Black> Tree）作为std::set和std::map的底层数据结构。

下面都是基于红黑树实现的set和map。

一、set模拟实现

当前的红黑树需要这三个类型参数（键值、数据，通过数据求key的仿函数），这是为了map也能够复用，但是set只传入一个数据，所以采用这样的方式：<K， const K，Setfunc< K >>，因为set中的数据是不能被修改的所以在第二个类型中加上const

1、基本框架

//获取红黑树key的函数
template <class K>
struct Setfunc
{
	K operator()(const K& val)
	{
		return val;
	}
};

template <class K, class KeyOfValue = Setfunc<K>>
class set
{
public:
	//红黑树
	typedef RBTree<K, const  K, KeyOfValue> RB;

	private:
		//红黑树
		RB _rbset;
	};

2、迭代器
这里的迭代器直接复用红黑树的迭代器。


/*
第一 K类型是作为键值给删除，查找等需要键值的接口使用的
第二 const K是作为数据，给插入等接口使用
第三 KeyOfValue是仿函数，是给红黑树将数据类型转化为key使用，如插入时使用
*/
//迭代器
typedef typename RBTree<K,const K, KeyOfValue>::Iterator  iterator;
typedef typename RBTree<K, const K, KeyOfValue>::ConstIterator  cosnt_iterator;

//迭代器
iterator begin()
{
	return _rbset.Begin();
}

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

cosnt_iterator begin() const
{
	return _rbset.Begin();
}

cosnt_iterator end() const
{
	return _rbset.End();
}

3、插入、删除、查找、清空
以上接口均复用红黑树接口

//插入
pair<bool, iterator> insert(const K & val)
{
	return 	_rbset.Insert(val);
}

//删除
bool erase(const K& key)
{
	return _rbset.Erase(key);
}

//查找
iterator find(const K& key)
{
	return _rbset.Find(key);
}

//清空
bool clear()
{
	_rbset.Clear();
}

4、拷贝构造和赋值重载
（1）拷贝构造：
遍历需要拷贝的对象，再插入到新的对象里。

set(const set<K, KeyOfValue> & p) 
{
	//遍历set,重新插入
	set<K, KeyOfValue>::cosnt_iterator it = p.begin();
	while (it != p.end())
	{
		insert(*it);
		++it;
	}
};

（2）赋值重载：
比拷贝构造多一步，就是在插入前需要清空。

set<K, KeyOfValue>& operator=(const set<K, KeyOfValue>& p)
{
	//清空当前set
	clear();

	//遍历set,重新插入
	set<K, KeyOfValue>::cosnt_iterator it = p.begin();
	while (it != p.end())
	{
		insert(*it);
		++it;
	}
}

5、测试

void test_set()
{

	set<int> _s;
	
	//插入
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		_s.insert(i);
	}
	
	cout << "s1： ";
	set<int> s1 = _s;	//拷贝构造
	//迭代器遍历
	set<int>::iterator it1 = s1.begin();
	while (it1 != s1.end())
	{
		cout << *it1 << " ";
		++it1;
	}
	cout << endl;

	cout << "s2： ";
	set<int> s2;
	s2 = s1;	//赋值
	//删除
	s2.erase(1);
	s2.erase(5);
	s2.erase(4);
	s2.erase(8);
	//迭代器遍历
	set<int>::iterator it2 = s2.begin();
	while (it2 != s2.end())
	{
		cout << *it2 << " ";
		++it2;
	}
	cout << endl;
}

在这里插入图片描述

6、总代码

//获取红黑树key的函数
template <class K>
struct Setfunc
{
	K operator()(const K& val)
	{
		return val;
	}
};

template <class K, class KeyOfValue = Setfunc<K>>
class set
{
public:
	//红黑树
	typedef RBTree<K, const  K, KeyOfValue> RB;
	/*
	第一 K类型是作为键值给删除，查找等需要键值的接口使用的
	第二 const K是作为数据，给插入等接口使用
	第三 KeyOfValue是仿函数，是给红黑树将数据类型转化为key使用，如插入时使用
	*/
	//迭代器
	typedef typename RBTree<K,const K, KeyOfValue>::Iterator  iterator;
	typedef typename RBTree<K, const K, KeyOfValue>::ConstIterator  cosnt_iterator;

	//构造
	set() {};
	set(const set<K, KeyOfValue> & p) 
	{
		//遍历set,重新插入
		set<K, KeyOfValue>::cosnt_iterator it = p.begin();
		while (it != p.end())
		{
			insert(*it);
			++it;
		}
	};

	set<K, KeyOfValue>& operator=(const set<K, KeyOfValue>& p)
	{
		//清空当前set
		clear();

		//遍历set,重新插入
		set<K, KeyOfValue>::cosnt_iterator it = p.begin();
		while (it != p.end())
		{
			insert(*it);
			++it;
		}

		return *this;
	}

	//析构
	~set() {};

	//迭代器
	iterator begin()
	{
		return _rbset.Begin();
	}

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

	cosnt_iterator begin() const
	{
		return _rbset.Begin();
	}

	cosnt_iterator end() const
	{
		return _rbset.End();
	}

	//插入
	pair<bool, iterator> insert(const K & val)
	{
		return 	_rbset.Insert(val);
	}

	//删除
	bool erase(const K& key)
	{
		return _rbset.Erase(key);
	}

	//查找
	iterator find(const K& key)
	{
		return _rbset.Find(key);
	}
	
	//清空
	void  clear()
	{
		_rbset.Clear();
	}

private:
	//红黑树
	RB _rbset;
};

二、map模拟实现

map给红黑树传的类型为：<K, pair<const K, V, KeyOfValue> ,K类型用于删除、查找等，pair<const K, V,>作为数据插入，KeyOfValue取pair<const K, V,>中的K类型，又因为键值不能修改所以pair<const K, V,>中的K加上const修饰。

1、基础框架

//获取 pair<K,V>中的key
template <class K,class V>
struct Mapfunc
{
	K operator()(const pair<K,V>& val)
	{
		return val.first;
	}
};

template <class K, class V, class KeyOfValue = Mapfunc<K,V>>
class map
{
public:
	//重命名
	typedef RBTree<K, pair<const K, V>, KeyOfValue> RB;
private:
	//红黑树
	RB _rbmap;
};

2、迭代器
依旧是复用红黑树迭代器即可。

typedef typename RB::Iterator  iterator;
typedef typename RB::ConstIterator  const_iterator;

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

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

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

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

3、插入、删除、查找、清空
依旧是复用红黑树接口即可。

//插入
pair<bool,iterator> insert(const pair<K, V>& val)
{
	return _rbmap.Insert(val);
}

//删除
bool erase(const K& key)
{
	return _rbmap.Erase(key);
}

//查找
iterator find(const K& key)
{
	return _rbmap.Find(key);
}

//清空
void  clear()
{
	_rbmap.Clear();
}

4、重载[ ]
当key不存在时，重载[ ]就会用key进行插入操作并返回插入后key对应数据的引用（此时key对应数据是用其默认构造进行初始化的），当key存在时，返回key对应数据的引用。

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

5、拷贝构造和赋值构造
（1）遍历需要拷贝的对象并将其数据插入当前对象即可。

map(const map<K,V, KeyOfValue> & p) 
{
	map<K, V, KeyOfValue>::const_iterator it = p.begin();
	while (it != p.end())
	{
		insert(*it);
		++it;
	}
};

（2）先清空再遍历插入当前对象即可。

map<K, V, KeyOfValue>& operator=(const map<K, V, KeyOfValue>& p)
{
	clear();

	map<K, V, KeyOfValue>::const_iterator it = p.begin();
	while (it != p.end())
	{
		insert(*it);
		++it;
	}

	return *this;
}

6、测试

 void test_map()
{
	//默认构造
	map<int, int> m;
	//插入
	for(int i = 1; i < 10; i++)
		m.insert({ i,i });
	
	//迭代器遍历
	cout << "m1:";
	//拷贝构造
	map<int, int> m1 = m;
	map<int, int>::iterator it1 = m1.begin();
	while (it1 != m1.end())
	{
		cout << it1->second << " ";
		++it1;
	}
	cout << endl;
	cout << "m2:";
	//赋值
	map<int, int> m2;
	m2 = m;

	//删除
	m2.erase(1);
	m2.erase(2);

	//使用[]
	m2[3] = 100;
	m2[4] = 100;

	map<int, int>::iterator it2 = m2.begin();
	while (it2 != m2.end())
	{
		cout << it2->second << " ";
		++it2;
	}

}

在这里插入图片描述
7、总代码

template <class K,class V>
struct Mapfunc
{
	K operator()(const pair<K,V>& val)
	{
		return val.first;
	}
};
template <class K, class V, class KeyOfValue = Mapfunc<K,V>>
class map
{
public:
	typedef RBTree<K, pair<const K, V>, KeyOfValue> RB;
	typedef typename RB::Iterator  iterator;
	typedef typename RB::ConstIterator  const_iterator;
	map() {};
	~map() {};

	map(const map<K,V, KeyOfValue> & p) 
	{
		map<K, V, KeyOfValue>::const_iterator it = p.begin();
		while (it != p.end())
		{
			insert(*it);
			++it;
		}
	};

	map<K, V, KeyOfValue>& operator=(const map<K, V, KeyOfValue>& p)
	{
		clear();

		map<K, V, KeyOfValue>::const_iterator it = p.begin();
		while (it != p.end())
		{
			insert(*it);
			++it;
		}

		return *this;
	}

	//迭代器
	iterator begin()
	{
		return _rbmap.Begin();
	}

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

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

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

	//插入
	pair<bool,iterator> insert(const pair<K, V>& val)
	{
		return _rbmap.Insert(val);
	}

	//删除
	bool erase(const K& key)
	{
		return _rbmap.Erase(key);
	}

	//查找
	iterator find(const K& key)
	{
		return _rbmap.Find(key);
	}

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

	//清空
	void  clear()
	{
		_rbmap.Clear();
	}

private:
	RB _rbmap;
};

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