C++实现红黑树,仿STL封装
//RB_Tree.hpp
//The code of red black trees
//2011/12/31 by Adoo
// The foundation :http://www.roading.org/?p=691 #ifndef RB_TREES_HPP
#define RB_TREES_HPP
#include<iterator>
#include<iomanip>
#include<deque>
enum RB_Color{
red,
black
};
template<typename Type>
class RB_Tree{
private:
struct rb_node;
class node_iterator;
public:
typedef node_iterator iterator;
typedef const node_iterator const_iterator; RB_Tree(){
_nil->_color=black;
_root=_nil;
};
~RB_Tree()
{
for(iterator iter=begin(); iter !=end();)
{
eraser(iter++);
}
_root=_nil;
}
iterator begin(){
return sub_min(_root);
}
iterator end(){
return iterator(_nil);
}
static iterator sub_min(iterator iter){
rb_node *min=iter.pointer();
while(min->_left !=_nil)
{
min=min->_left;
}
return min;
}
iterator insert(Type value){
rb_node *y=_nil;
rb_node *z=new rb_node; //create a node by the value
//needn't set the z's color ,because red is rb_node's default color
z->_value=value;
z->_left=_nil;
z->_right=_nil; rb_node* x=_root; //x iterator from _root
while(x !=_nil )
{
y=x;
if(x->_value< z->_value)
x=x->_right;
else
x=x->_left;
}
z->_parent=y;
if(y==_nil) //determine z should be y's left or right
_root=z;
else
if(y->_value < z->_value)
y->_right=z;
else
y->_left=z; rb_insert_fixup(z); //restore the red black properties
return z;
}
iterator eraser(iterator iter){
rb_node* z=iter.pointer();
rb_node* y=z;
RB_Color y_color=y->_color;
rb_node *x=NULL; if(z->_left==_nil ){ //case1: z's left child is nil
x=z->_right;
transplant(z, z->_right);
}
else{
if(z->_right==_nil){// case2: z's right child is nil
x=z->_left;
transplant(z, z->_left);
}
else{//case3: both children of z are not nil
y=sub_min(z->_right).pointer();
y_color=y->_color;
x=y->_right;
if(y->_parent==z)
x->_parent=y;
else{
transplant(y, y->_right);
//link z's right subtree into y, only y isn't z's child;
y->_right=z->_right;
y->_right->_parent=y;
}
transplant(z, y);
//link z's subtree into y.
y->_left=z->_left;
y->_left->_parent=y;
y->_color=z->_color;
}
}
iterator result = ++iterator(z);
delete z;
if(y_color==black)
eraser_fixup(x);
return result;
}; private:
void transplant(rb_node *u, rb_node *v){
if(u->_parent == _nil)
{
_root=v;
}
else
if(u== u->_parent->_left)
u->_parent->_left=v;
else
u->_parent->_right=v;
v->_parent=u->_parent;
};
void left_rotate(rb_node *x){
rb_node* y=x->_right; //set y
x->_right=y->_left; //turn y's left subtree into x's right subtree
if(y->_left !=_nil)
y->_left->_parent=x;
y->_parent=x->_parent; //link y to x's parent
if(x->_parent != _nil )
{
if(x->_parent->_left==x)
x->_parent->_left=y;
else
x->_parent->_right=y;
}
else
_root=y;
y->_left=x; //put x on y's left
x->_parent=y;
}
void right_rotate(rb_node *x)
{
rb_node* y=x->_left; //set y;
x->_left=y->_right; //turn y's right subtree into x's left subtree
if(y->_right != _nil)
y->_right->_parent=x;
y->_parent=x->_parent; //link y to x's parent
if(x->_parent != _nil)
{
if(x==x->_parent->_left)
x->_parent->_left=y;
else
x->_parent->_right=y;
}
else
_root=y;
y->_right=x; //put x on y's right;
x->_parent=y;
}
void rb_insert_fixup(rb_node* z){
while(z->_parent->_color==red){
if(z->_parent==z->_parent->_parent->_left){
rb_node* y=z->_parent->_parent->_right;
if(y->_color==red){
z->_parent->_color=black;
y->_color=black;
z->_parent->_parent->_color=red;
z=z->_parent->_parent;
}
else{
if(z==z->_parent->_right){
z=z->_parent;
left_rotate(z);
}
z->_parent->_color=black;
z->_parent->_parent->_color=red;
right_rotate(z->_parent->_parent);
}
}
else{
rb_node* y=z->_parent->_parent->_left;
if(y->_color==red){
z->_parent->_color=black;
y->_color=black;
z->_parent->_parent->_color=red;
z=z->_parent->_parent;
}
else{
if(z==z->_parent->_left){
z=z->_parent;
right_rotate(z);
}
z->_parent->_color=black;
z->_parent->_parent->_color=red;
left_rotate(z->_parent->_parent);
}
}
}
_root->_color=black;
};;
void eraser_fixup(rb_node* x){
while(x != _root && x->_color ==black){
if(x==x->_parent->_left){
rb_node* w=x->_parent->_right;
if(w->_color == red){ //case 1: x's sbling w is red.
x->_parent->_color=red;
w->_color=black;
left_rotate(x->_parent); //convert case 1 to case 2.
}
else{//case 2 : x's sbling w is black.
if(w->_left->_color == black && w->_right->_color == black){
//case 2.1 : both children of w are black
w->_color=red;
x=x->_parent;
}
else{
if(w->_left->_color==red && w->_right->_color==black){
//case 2.2: w's left child is red and w's right child is black.
//we convert this case to case 2.3.
w->_left->_color=black;
w->_color=red;
right_rotate(w);
w=x->_parent->_right;
}
//case 2.3: w's right child is red;
w->_color=x->_parent->_color;
w->_parent->_color=black;
w->_right->_color= black;
left_rotate(x->_parent);
x=_root; //terminate the loop;
}
}
}
else{
rb_node* w=x->_parent->_right;
if(w->_color == red){
x->_parent->_color=red;
w->_color=black;
left_rotate(x->_parent);
}
else{
if(w->_right->_color == black && w->_left->_color == black){
w->_color=red;
x=x->_parent;
}
else{
if(w->_right->_color==red && w->_left->_color == black){
w->_right->_color=black;
w->_color=red;
left_rotate(w);
w=x->_parent->_left;
}
w->_color=x->_parent->_color;
w->_parent->_color=black;
w->_left->_color= black;
right_rotate(x->_parent);
x=_root; //terminate the loop;
}
}
}
}
x->_color=black;
}; private:
rb_node* _root;
public:
static rb_node* _nil;
}; template<typename Type>
struct RB_Tree<Type>::rb_node
{
Type _value;
rb_node *_left;
rb_node *_right;
rb_node *_parent;
RB_Color _color;
rb_node()
:_value(Type()),_left(NULL),_right(NULL),_parent(NULL),_color(red)
{};
}; template<typename Type>
class RB_Tree<Type>::node_iterator:
public std::iterator<std::bidirectional_iterator_tag ,rb_node>
{
public:
node_iterator(rb_node* n): _node(n){}; Type& operator* () const{
return _node->_value;
}; rb_node* operator ->()const
{
return _node;
}; node_iterator operator++ ()
{
if(_node==RB_Tree<Type>::_nil)
return _node;
if(_node->_right!=RB_Tree<Type>::_nil)
{
*this=RB_Tree<Type>::sub_min(_node->_right);
}
else
{
rb_node *parent=_node->_parent;
while(parent !=RB_Tree<Type>::_nil&& _node==parent->_right)
{
_node=parent;
parent=parent->_parent;
}
_node=parent;
}
return *this;
} node_iterator operator++(int){
node_iterator ret(*this);
++*this;
return ret;
} bool operator ==( node_iterator r_iter)
{
return _node == r_iter._node;
}; bool operator !=( node_iterator r_iter){
return _node != r_iter._node;
} rb_node* pointer()
{
return _node;
}
private:
rb_node* _node;
};
#endif
//各种
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