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【C++】基于红黑树的map和set封装实现

news 来源：原创 2025/4/22 6:16:31

📝前言：
这篇文章我们来讲讲基于红黑树的map和set封装实现，文章主要分成两部分：

封装的思路及细节讲解
实现完整代码汇总

红黑树封装成map和set的主要难点在于迭代器，通过本篇文章，希望能帮助你再理解红黑树的迭代器的++与--操作上有更深刻的理解。

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文章目录

一，封装思路和细节
- （1）map和set同用一个红黑树模板
- （2）迭代器的实现
- - begin和end
  - 1 ++
  - 2 --
- （3）其他细节
二，完整代码汇总

一，封装思路和细节

（1）map和set同用一个红黑树模板

我们都知道map是键值对：key : value，但是set只有键key。也就是说两个数据结构存储的数据类型是不一样的。
如果我们的红黑树模板里只传一个参数class Value
对于set：Value == key，Insert和Find操作都用传入这个key是行的通的。
但是对于map：Value == pair，Insert操作传入的是pair，但是Find操作就不能传入pair了，因为我们要求的是按照pair的第一个元素key去找

你可以会想：为什么不能使用Value.first来比较获取key来比较呢？因为我们这里希望的是：map和set用同一个模板，如果你在RBTree里面使用了Value.first，那set也是用这个RBTree封装的，set的key的类型没有.first
（总结一句话就是RBTree实现的是泛型，不知道参数是K，还是pair<K, V>，就没办法进行比较，因为pair要拿first）

所以，为了能兼容map，RBTree就多了一个参数Key，来专门存储key。stl_tree.h的源代码如下：

在这里插入图片描述
这里_Key用来存储键，用于Find和Erase等操作，_Val对应具体存储的数据内容。对于set，_Key和_Val都存储key，对应map，_Key存储key，_Val存储pair。

这样程序员就可以用一个RBTree来同时封装set和map。把实例化的工作交给编译器，让编译器自动根据类型实例化两个不同的Tree来给set和map使用。

变成，这样：
在这里插入图片描述
节点Node中的V既可以代表set的Key也可以代表Key:Value

（2）迭代器的实现

源代码里面的RBTree多增加了一个头结点header，我们就不增加了。

我们的迭代器底层由指针模拟实现，迭代器的解引用和operater->()没什么好说的，和普通的容器差不多。
主要是迭代器的++和--操作。因为RBTree的迭代器的遍历顺序是树的中序遍历结果。那当我们的迭代器指针指向一个节点的时候，我们怎么样正确找到中序遍历的下一个节点呢？

begin和end

begin：中序遍历的第一个节点，也就是RBTree的最左节点
end：中序遍历的最后一个节点（最右节点）的下一个节点，nullptr

1 ++

++就是要找到当前节点中序遍历的下一个节点。
首先，中序遍历的顺序是：左→根→右。
也就是说，我们要遍历的下一个节点一定不可能是当前节点的左节点，因为当前遍历完的左节点肯定在当前节点遍历之前就已经遍历完了。

所以，我们无须关注左节点，只需要关注右节点：

下一个节点是什么，需要根据右子树的情况进行区分

在这里插入图片描述
自己画图，再根据中序遍历的特点很好理解这个过程的，就不过多解释了。

2 –

因为--是反着走中序遍历，所以主要关注左节点，我就直接给结论了。
在这里插入图片描述

（3）其他细节

如果获取到的是迭代器是end()，要先--再操作，因为end()是nullptr的迭代器。
while (leftmost && leftmost->_left)找最左的时候注意是leftmost->left存在的时候才往左走，即leftmost不应该指向空

二，完整代码汇总

这里展示一下迭代器++和--的代码吧，因为全部代码有点多了

	Self& operator++(){if (_node->_right){Node* leftmost = _node->_right;while (leftmost && leftmost->_left) // 有左子树才往左走{leftmost = leftmost->_left;}_node = leftmost;}else{Node* cur = _node;Node* father = _node->_father;while (father && father->_right == cur){cur = father;father = father->_father;}_node = father;}return *this; // 返回的是原来的迭代器，因为是后置++}Self& operator--(){if (_node == nullptr) // end(){Node* rightmost = _root;while (rightmost && rightmost->_right){rightmost = rightmost->_right;}_node = rightmost;}else if (_node->_left){Node* rightmost = _node->_left;while (rightmost && rightmost->_right){rightmost = rightmost->_right;}_node = rightmost;}else{Node* cur = _node;Node* father = cur->_father;while (father && father->_left == cur){cur = father;father = father->_father;}_node = father;}return *this;}