c++STL容器,迭代器模式,红黑树

在讲容器之前先讲一下集合和Java的集合类

集合:一个或多个确定元素构成的整体(确定性、互异性、无序性)

Java集合类:集合类里的元素都是对象的引用

那么问题来了:

Q1:什么是对象的引用?

new Demo()产生新对象,存储在堆内存中,demo是对象引用。存储在栈内存中,存储的内容就是new Demo()对象的堆的内存地址

Q2:我们存储的是基本数据类型,为什么在集合类里会变成对象?


c++STL容器,迭代器模式,红黑树_第1张图片
系统自动包装

那么集合类存储的都是对象的引用,存的都是对象对应的内存地址。所以依旧遵循集合的互异性

插一个题外话:

Q:为什么equals和==有时候得到的效果是不同的?

A:==在比较时会先查看两边的数据,如果都是int这种基本数据类型,就会生成一个if_icmpne指令,用于比较整型数值是否相等。如果两边是对象的话,就会生成一个if_acmpne,用于比较它们指向的地址是否相等。

c++STL容器,迭代器模式,红黑树_第2张图片
因为第一个都是指向堆中的“abc”这个字符串,地址是一样的,所以==返回true

Q:数组内的值改变了,它的地址会改变吗?

A:不会改变,因为数组一开始的内存就已经被分配好了,值改变了也不会改变相应的地址


c++的STL容器有哪些?

vector(封装数组)/list(封装链表)/deque     map/set(两者都封装了二叉树

vector:表示一段连续的内存地址,相当于数据结构的线性表的顺式表现

list:STL实现的双向链表,允许快速插入和删除,查找较慢

      相当于数据结构的线性表的链式表现,含有两个指针(一个指示直接后继、一个指示直接前驱)

deque:允许首部插入,其他的都和vector一样

map:存在key/value


c++STL容器,迭代器模式,红黑树_第3张图片
引用自 STL

set与map,相似,但是set键和值相等

那么,再来思考一个问题,迭代器是什么?

迭代器提供了对集合(容器)元素的操作能力,比如访问和遍历。迭代器模仿了C++的指针,可以有++运算,*,以及->运算符来访问容器里的元素。

Q:为什么我们要用迭代器?

A:编程中我们往往碰到各种各样的容器,不一样的容器它们的底层代码实现是不同的,那就意味着,遍历它们需要不同的方式。这样一来非常不利于代码重用,所以迭代器就出现了,我们将遍历容器的操作都封装在迭代器里,那么我们就不需要考虑这个容器需要用哪一种遍历方式

Q:那么现在思考一下,什么是迭代器模式呢?

A:我们访问我们需要访问的元素而不会暴露我们的底层实现        

      就像听歌一样,我们按下下一首,就跳转到下一首歌曲了。而这个界面就相当于我们的迭代器,里面的歌曲的遍历方式都被封装好了,我们只需要按按钮,就会自动访问到我们想要听的那首歌。


c++STL容器,迭代器模式,红黑树_第4张图片
迭代器在C++里的使用

由上面的map容器,我们来思考一下什么是红黑树?

在理解红黑树之前,先要思考两个概念:什么是二叉排序树(BST),什么是平衡二叉树(AVL

什么是二叉排序树:

1.若左子树不为空,那么左子树上的所有点都小于根节点

2.若右子树不为空,那么右子树上的所有点都大于根节点

3.左右子树也分别为二叉排序树

4.每个节点都是互不相同的

二叉排序树的算法是怎么实现的?

1.查找

c++STL容器,迭代器模式,红黑树_第5张图片

2.插入


c++STL容器,迭代器模式,红黑树_第6张图片

3.删除

如果要删除的节点只有右子树/左子树,只需要让它们的父节点指向它们的右子树/左子树

如果要删除的节点左右子树都有,那么此时需要找到要删除的节点的右子树的最左节点,将它与要删除的节点的值替换,然后删除

c++STL容器,迭代器模式,红黑树_第7张图片
c++STL容器,迭代器模式,红黑树_第8张图片

什么是平衡二叉树?

在二叉搜索树的基础上增加平衡条件:每个节点左右子树的高度差的绝对值小于等于1。

平衡二叉树是基于二分法策略来提高检索速度

为什么有平衡二叉树的概念?

当我们将1-9按照正序或者逆序一个个插入树结构中,我们就会发现树的结构已经变成了单向右子树/左子树,若继续往下插入数字,那么子树也越来越长。这样树和单链表就没什么不同,此时的复杂度变为O(n)。那么为了避免出现这样的情况,我们引入了平衡二叉树。

平衡二叉树有很多种实现方法,这里我们只考虑AVL红黑树

AVL:(以下代码实现参考博客)


c++STL容器,迭代器模式,红黑树_第9张图片
c++STL容器,迭代器模式,红黑树_第10张图片
c++STL容器,迭代器模式,红黑树_第11张图片

平衡二叉树的查询性能与什么有关?

    树的高度


什么是红黑树?

红黑树是近似平衡的二叉查找树,它含有以下特性:

1.每个节点要么是红色,要么是黑色。

2.根节点必须是黑色

3.红色节点不能连续(也即是,红色节点的孩子和父亲都不能是红色)。

4.对于每个节点,从该点至null(树尾端)的任何路径,都含有相同个数的黑色节点。

5.每个叶子节点都为黑色


如何理解左旋?

X的右子树逆时针旋转,使得X变为Y的左子树。即被旋转的节点将变为左节点

c++STL容器,迭代器模式,红黑树_第12张图片


c++STL容器,迭代器模式,红黑树_第13张图片


c++STL容器,迭代器模式,红黑树_第14张图片

如何理解右旋?

X的左子树向顺时针方向旋转,X的左子树变为X的父节点。即被旋转的节点将变为右节点


c++STL容器,迭代器模式,红黑树_第15张图片


c++STL容器,迭代器模式,红黑树_第16张图片


c++STL容器,迭代器模式,红黑树_第17张图片

如何理解红黑树的插入?

1.进行查找,查找到合适位置,创建新节点插入

2.因为插入可能会使当前树不满足红黑树的特点,于是需要对红黑树进行调整

3.调整的方法有:改变某些节点的颜色、对某些节点进行旋转



c++STL容器,迭代器模式,红黑树_第18张图片
侵删


c++STL容器,迭代器模式,红黑树_第19张图片


在了解红黑树的删除之前,我们需要清楚一个概念:

如何查找节点的直接后继?

1.节点右孩子不为空,则右子树的最小的元素为直接后继

2.节点右孩子为空,则直接后继为第一个向左走的祖先


c++STL容器,迭代器模式,红黑树_第20张图片
侵删

如何理解红黑树的插入?

1.进行查找,查找到合适位置,删除对应节点

2.删除节点对应两种情况,

    a.删除点左右子树都为空(解决:直接删除)或只有一棵子树为非空(解决:让该子树替代删除的节点)

    b.删除点左右子树都不为空(解决:删除节点的直接后继代替节点)

3.因为删除可能会使当前树不满足红黑树的特点,于是需要对红黑树进行调整

4.调整的方法有:改变某些节点的颜色、对某些节点进行旋转

你可能感兴趣的:(c++STL容器,迭代器模式,红黑树)