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STL源码剖析(set/map)
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。
STL源码剖析(set/map)
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