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《STL系列》之map原理及实现

2024-07-06 03:15:38   224人阅读

上一篇文章《STL系列》之vector原理及实现，介绍了vector的原理及实现，这篇文章介绍map的原理及实现。STL实现源码下载。
STL中map的实现是基于RBTree的，我在实现的时候没有采用RBTree，觉得这东西有点复杂，我的map采用的是排序数组（CSortVector）。map中的Key存在排序数据中，通过二分查找判断某个Key是否在map中，时间复杂度为O(logN)。在用一个CVector存Key和Value，为了方便拿到Key和Value,这里有点冗余，Key被存了两次。
现在先介绍我的CSortVector，先贴出完整的代码，如下：

#ifndef _CSORTVECTOR_H_
#define _CSORTVECTOR_H_

namespace cth
{
    template<typename T>
    class csortvector:public NoCopy
    {
    public:  
        typedef const T* const_iterator; 
        typedef T* iterator;
        csortvector()
        {
            initData(0);
        }

        csortvector(int capa,const T& val=T())
        {
            initData(capa);
            newCapacity(capacity_);
            for (int i=0;i<size_;i++) 
                buf[i]=val; 
        }

        ~csortvector()
        {
            if (buf)
            {
                delete[] buf;
                buf=NULL;
            }
            size_=capacity_=0;
        }

        int add(const T& t )
        {  
            int index=-1;
            if (size_==0)
            {  
                newCapacity(calculateCapacity()); 
                buf[size_++]=t;
                index=0;
            }else{
                int start=0;
                int end=size_-1; 
                while(start<=end)
                {
                    index=(start+end)/2;
                    if(buf[index]==t)
                    {
                        goto SORTVECTOR_INSERT;
                    }
                    else if(buf[index]>t)
                    {
                        end=index-1;
                    }
                    else
                    {
                        start=index+1;
                    }
                }

                if(buf[index]<t)
                {
                    index++;
                }
SORTVECTOR_INSERT:
                insert(index,t);
            } 
            return index;
        }

        void insert(int index,const T& t)
        {
            assert(index>=0 && index<=size_);
            if (size_==capacity_)
            { 
                newCapacity(calculateCapacity());
            }
            memmove(buf+index+1,buf+index,(size_-index)*sizeof(T)); 
            buf[index]=t; 
            size_++; 
        }

        int indexOf(const T& t)
        {
            int begin=0;
            int end=size_-1;
            int index=-1;
            while (begin<=end)
            {
                index=begin+(end-begin)/2;
                if (buf[index]==t)
                {
                    return index;
                }else if (buf[index]<t)
                {
                    begin=index+1;
                }else{
                    end=index-1;
                }
            }
            return -1;
        }

        int remove(const T& t)
        {
            int index=indexOf(t);
            if (index>=0)
            {
                memmove(buf+index ,buf+index+1,(size_-index)*sizeof(T));  
                buf[--size_]=T();
            } 
            return index;
        }

        void erase(const_iterator iter)
        {
            remove(*iter);
        }

        const_iterator begin() const
        {  
            return const_iterator(&buf[0]); 
        } 
        const_iterator end() const
        {  
            return const_iterator(&buf[size_]); 
        }
 
        const T& operator[](int index) const
        {
            assert(size_>0 && index>=0 && index<size_);
            return buf[index];
        }
 
        void clear()
        {
            if (buf)
            {
                for (int i=0;i<size_;i++)
                {
                    buf[i]=T();
                }
            }
            size_=capacity_=0;
        }

        bool empty() const
        {
            return size_==0; 
        }

        int size() const
        {
            return size_;
        }

        int capacity() const
        {
            return capacity_;
        } 
    private: 
        void newCapacity(int capa)
        { 
            assert (capa>size_) ;
            capacity_=capa;
            T* newBuf=new T[capacity_];
            if (buf)
            {
                memcpy(newBuf,buf,size_*sizeof(T) ); 
                delete [] buf;
            } 
            buf=newBuf;
        }

        inline void initData(int capa)
        {
            buf=NULL;
            size_=capacity_=capa>0?capa:0;
        }

        inline int calculateCapacity()
        {
            return capacity_*3/2+1;
        }
        int size_; 
        int capacity_ ; 
        T* buf; 
    }; 
 
}



#endif
View Code


CSortVector和CVector有点类似，只不过CSortVector中的数据在插入的时候需要排序，其他的接口比较相识。CSortVector的关键实现就是二分查找。新增和删除的时候都是通过二分查找，定位到指定的位置，在进行相关操作。这里有必要特意列出二分查找的实现，如下：

        int indexOf(const T& t)
        {
            int begin=0;
            int end=size_-1;
            int index=-1;
            while (begin<=end)
            {
                index=begin+(end-begin)/2;
                if (buf[index]==t)
                {
                    return index;
                }else if (buf[index]<t)
                {
                    begin=index+1;
                }else{
                    end=index-1;
                }
            }
            return -1;
        }


CSortVector测试代码如下：

    void csortvectorTest()
    {
        csortvector<int> l;
        l.add(2);
        l.add(4);
        l.add(9);
        l.add(3);
        l.add(7);
        l.add(1);
        l.add(5);
        l.add(8);
        l.add(0);
        l.add(6);
        cout<<"任意插入一组数据后，自动排序："<<endl;
        for (int i=0;i<l.size();i++)
        {
            cout<<l[i]<<" ";
        }
        cout<<endl<<endl;

        l.erase(l.begin());
        l.erase(l.end()-1);
        cout<<"删除第一个和最后一个数："<<endl; 
        for (int i=0;i<l.size();i++)
        {
            cout<<l[i]<<" ";
        } 
        cout<<endl<<endl;

        cout<<"5的下标："<<l.indexOf(5)<<endl;
        cout<<"下标为3的数："<<l[3]<<endl;
        l.remove(5);
        cout<<"删除5以后，5的下标是"<<l.indexOf(5)<<endl<<endl;

        cout<<"最后还剩："<<endl;
        for (int i=0;i<l.size();i++)
        {
            cout<<l[i]<<" ";
        } 
    }


运行结果如下：



注意：由于CSortVector中的元素要排序，所以其中的元素要实现运算符”<”。
介绍完CSortVector，接下来说说CMap。其实CSortVector已经解决CMap的大部分功能了，后者只需要在前者的基础之上简单的封装即可完事。CMap源码如下：

#ifndef _CMAP_H_
#define _CMAP_H_
#include "csortvector.h"
namespace cth
{
    template<typename Key,typename Value>
    struct pair 
    {
        typedef Key first_type;
        typedef Value second_type;
        pair(){}
        pair(const Key& key,const Value& val):first(key),second(val){}
        pair(const pair& other):first(other.first),second(other.second){}
        Key first;
        Value second;
    };

    class NoCopy
    {
    public: 
        inline NoCopy(){}
        NoCopy(const NoCopy&);
        NoCopy& operator=(const NoCopy&); 
    };

    template<typename Key,typename Value>
    class cmap:public NoCopy
    {
    public:
        typedef pair<Key,Value>* iterator;
        typedef const pair<Key,Value>* const_iterator;
        cmap(){}
        int insert(const pair<Key,Value>& item)
        {
            iterator iter=find(item.first);
            if (iter!=end())
            {
                return iter-begin();
            }
            int index=Keys.add(item.first);
            if (index>=0)
            {
                index=Values.insert(Values.begin() + index,item);
            }
            return index;
        }

        int insert(const Key& key,const Value& val)
        {
            pair<Key,Value> item;
            item.first=key;
            item.second=val;
            return insert(item);
        }

        Value& operator[](const Key& key)
        {
            int index=Keys.indexOf(key);
            if (index<0)
            {
                index=insert(key,Value());
            }
            return Values[index].second;
        }

        iterator begin()
        {
            return iterator(&*Values.begin());
        }

        iterator end()
        {
            return iterator(&*Values.end());
        }

        iterator find(const Key& key)
        {
            int index=Keys.indexOf(key);
            if (index<0)
            {
                return end(); 
            }else
            {
                return iterator(&Values[index]); 
            } 
        }

        void erase(const Key& key)
        { 
            int index=Keys.remove(key) ; 
            if (index>=0)
            {
                cvector<pair<Key,Value>>::iterator iter=Values.begin()+index;
                Values.erase(iter);
            } 
        }

        void erase(const_iterator iter)
        { 
            int index=Keys.remove(iter->first) ; 
            if (index>=0)
            {
                cvector<pair<Key,Value>>::iterator iter=Values.begin()+index;
                Values.erase(iter);
            } 
        }

        int size()
        {
            return Keys.size();
        }

        bool empty()
        {
            return Keys.size()==0;
        }

        void clear()
        {
            Keys.clear();
            Values.clear();
        }

    private:
        csortvector<Key> Keys;
        cvector<pair<Key,Value>> Values; 
    };
 
}
#endif
View Code


插入操作，CMap的插入操作分两种，一种是通过insert方法；另一种是通过操作符[]。
Insert方法是先找到Key在Keys中的位置，如果已经存在就返回，CMap不允许重复，如果不存在就通过二分查找找到对应的位置，插入Key,并在Values中对应的地方插入Value。
通过操作符[]插入：如m[1]=1;刚开始我也不知道这个是怎么实现的，后来突然明白，操作符[]返回的是一个引用，其实就是给我m[1]的返回值赋值，调用的也是返回值的operator=，CMap只用实现operator[]就行。
其他的方法都是一些简单的封装，这里就不在累赘，最后概述一下CMap的实现：
CMap是基于一个排序数组CSortVector实现的，将Key存入排序数据中，Value和Key通过Pair<Key,Value>存在CVector中，通过二分查找确定某个Key是否存在，不存在就将这个Key插入排序数据中，返回Key在数组中的索引，并将Pair<Key,Value>存在CVector中对应的位置。删除还是通过二分查找寻找，找到就将两个数组中对应的元素删除。

CMap测试代码运行如下：


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