map和set的模拟实现｜利用红黑树封装map和set｜STL源码剖析

前言

那么这里博主先安利一些干货满满的专栏了！

首先是博主的高质量博客的汇总，这个专栏里面的博客，都是博主最最用心写的一部分，干货满满，希望对大家有帮助。

高质量干货博客汇总https://blog.csdn.net/yu_cblog/category_12379430.html?spm=1001.2014.3001.5482这两个都是博主在学习Linux操作系统过程中的记录，希望对大家的学习有帮助！

操作系统Operating Syshttps://blog.csdn.net/yu_cblog/category_12165502.html?spm=1001.2014.3001.5482Linux Syshttps://blog.csdn.net/yu_cblog/category_11786077.html?spm=1001.2014.3001.5482这两个是博主学习数据结构的同时，手撕模拟STL标准模版库各种容器的专栏。

STL源码剖析https://blog.csdn.net/yu_cblog/category_11983210.html?spm=1001.2014.3001.5482手撕数据结构https://blog.csdn.net/yu_cblog/category_11490888.html

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Map和Set的底层是什么

在C++ STL中，map和set底层通常是使用红黑树（Red-Black Tree）来实现的。

红黑树是一种自平衡的二叉搜索树，它通过在每个节点上存储额外的信息（颜色）来维护平衡。这些颜色信息遵循一组特定的规则，以确保树保持平衡状态。红黑树的平衡性质使得插入、删除和查找操作的时间复杂度为对数级别。

在红黑树中，每个节点都有一个键值对，按照键的顺序进行排序。对于map而言，每个节点还有一个相关联的值，而对于set而言，节点的键即是其值。这种有序性质使得map和set非常适合需要按照键进行查找、插入和删除的应用场景。

需要注意的是，虽然红黑树是map和set的常见底层实现，但具体的实现可能因不同的编译器和标准库实现而有所不同。因此，对于特定的编译器和标准库版本，底层实现可能会有所变化。

因此，在学习如何使用红黑树封装STL的map和set的之前，我们需要先学习红黑树的底层原理，可以见博主之前的一篇博客，里面对于红黑树的原理讲的非常的详细。

手撕红黑树 | 变色+旋转你真的明白了吗？【超用心超详细图文解释 | 一篇学会Red_Black_Tree】https://blog.csdn.net/Yu_Cblog/article/details/128210260

但是，上面这篇博客里面的红黑树，和即将要封装的版本，还是略微有差别的。

因为set只需要key，而map是key-value结构的。

封装版本的红黑树头文件博主放在博客结尾。

封装

Map.h

#pragma once

#include"RBTree.h"

namespace ns_Map {
	template
	class map {
		struct MapKeyOfT {
			const K& operator()(const pair& kv) {
				return kv.first;
			}
		};
	public:
	//迭代器
		//取模板的模板的类型 -- 所以要typename -- 告诉编译器是类型
		typedef typename RBTree , MapKeyOfT>::iterator iterator;
		iterator begin() {
			return _t.begin();
		}
		iterator end() {
			return _t.end();
		}
	public:
		//operator[] -- 只有map才有
		V& operator[](const K& key) {
			//如果有 -- 插入成功
			//如果没有 -- 插入失败
			pairret = insert(make_pair(key, V()));
			return ret.first->second;
		}
	public:
		pair insert(const pair& kv) {
			return _t.insert(kv);
		}
	private:
		RBTree , MapKeyOfT>_t;
	};



	void test_map() {
		mapm;
		m.insert(make_pair(1, 2));
		m.insert(make_pair(5, 2));
		m.insert(make_pair(2, 2));
		m.insert(make_pair(2, 2));
		m.insert(make_pair(3, 2));
		m.insert(make_pair(4, 2));
		m.insert(make_pair(6, 2));

		cout << "测试++" << endl;
		map::iterator it = m.begin();
		while (it != m.end()) {
			cout << it->first << endl;
			++it;
		}
		cout << "测试--" << endl;
		//--it;
		//while (it != m.begin()) {
		//	cout << it->first << endl;
		//	--it;
		//}
		cout << endl;
	}
	void test_map2() {
		string arr[] = { "苹果","香蕉","苹果","苹果","西瓜","香蕉","苹果","苹果" };
		maphash;
		for (auto& str : arr) {
			hash[str]++;
		}
		//map::iterator it = hash.begin();
		//while (it != hash.end()) {
		//	cout << it->first << ":" << it->second << endl;
		//	++it;
		//}
		//范围for
		for (auto& e : hash) {
			cout << e.first << ":" << e.second << endl;
		}
	}
}

Set.h

#pragma once

#include"RBTree.h"

namespace ns_Set{
	template
	class set {
		struct SetKeyOfT {
			const K& operator()(const K& key) {
				return key;
			}
		};
	public:
		//µü´úÆ÷
		typedef typename RBTree::iterator iterator;
		iterator begin() {
			return _t.begin();
		}
		iterator end() {
			return _t.end();
		}
	public:
		pair insert(const K& key) {
			return _t.insert(key);
		}
	private:
		RBTree_t;
	};





	void test_set() {
		sets;
		s.insert(3);
		s.insert(3);
		s.insert(1);
		s.insert(2);
		s.insert(5);
		s.insert(5);
		s.insert(7);
		s.insert(6);

		set::iterator it = s.begin();
		while (it != s.end()) {
			cout << *it << endl;
			++it;
		}
		cout << endl;
	}
}

RBTree.h

#pragma once
#include