红黑树做中文字符输入法

前言

输入一个字符，匹配中文字符的输入法， 例如输入a，输出：啊阿，然后再输入n，即变成an，输出：鞍氨安俺按暗岸胺案， 要求要有搜索的接口，应该如何设计呢？

答案： 红黑树

步骤

1. 设计红黑树的数据结构

// 定义红黑树节点结构体
typedef struct Node {
    char pinyin[10]; // 拼音
    char chinese[4]; // 中文字符
    int isRed;       // 是否为红色节点
    struct Node* left;
    struct Node* right;
} Node;

2. 形成红黑树的算法

2.1 创建红黑树的节点

// 创建新节点
Node* createNode(char* pinyin, char* chinese) {
    Node* newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node));
    strcpy(newNode->pinyin, pinyin);
    strcpy(newNode->chinese, chinese);
    newNode->isRed = 1; // 默认插入的节点为红色
    newNode->left = NULL;
    newNode->right = NULL;
    return newNode;
}

2.2 左旋操作和右旋操作

// 左旋操作
void leftRotate(Node** root, Node* x) {
    Node* y = x->right;
    x->right = y->left;
    if (y->left != NULL) {
        y->left->isRed = x->isRed;
    }
    y->isRed = x->isRed;
    if (x == *root) {
        *root = y;
    } else if (x == x->left) {
        x->left = y;
    } else {
        x->right = y;
    }
    y->left = x;
    x->isRed = 1;
}

// 右旋操作
void rightRotate(Node** root, Node* y) {
    Node* x = y->left;
    y->left = x->right;
    if (x->right != NULL) {
        x->right->isRed = y->isRed;
    }
    x->isRed = y->isRed;
    if (y == *root) {
        *root = x;
    } else if (y == y->left) {
        y->left = x;
    } else {
        y->right = x;
    }
    x->right = y;
    y->isRed = 1;
}

2.3 插入节点

Node* insertNode(Node* root, Node* newNode) {
    if (root == NULL) {
        return newNode;
    }

    // 按照拼音字典序插入新节点
    if (strcmp(newNode->pinyin, root->pinyin) < 0) {
        root->left = insertNode(root->left, newNode);
    } else if (strcmp(newNode->pinyin, root->pinyin) > 0) {
        root->right = insertNode(root->right, newNode);
    } else {
        // 相同拼音的节点插入到右子树中
        root->right = insertNode(root->right, newNode);
    }

    // 红黑树调整
    if (root->right != NULL && root->right->isRed && (root->left == NULL || !root->left->isRed)) {
        leftRotate(&root, root);
    }
    if (root->left != NULL && root->left->isRed && root->left->left != NULL && root->left->left->isRed) {
        rightRotate(&root, root);
    }
    if (root->left != NULL && root->left->isRed && root->right != NULL && root->right->isRed) {
        root->isRed = 1;
        root->left->isRed = 0;
        root->right->isRed = 0;
    }

    return root;
}

2.4 遍历红黑树(采用中序的方式)

void inorderTraversal(Node* root) {
    if (root != NULL) {
        inorderTraversal(root->left);
        printf("%s -> %s\n", root->pinyin, root->chinese);
        inorderTraversal(root->right);
    }
}

2.5 在红黑树中搜索匹配的字符并输出全部结果

void searchCharacter(Node* root, char* pinyin, int pinyin_len) {
    if (root == NULL) {
        return;
    }

    int cmpResult = strncmp(pinyin, root->pinyin, pinyin_len);
    if (cmpResult < 0) {
        searchCharacter(root->left, pinyin, pinyin_len);
    } else if (cmpResult > 0) {
        searchCharacter(root->right, pinyin, pinyin_len);
    } else {
        // 找到匹配节点，继续向左子树搜索匹配节点并输出结果
        searchCharacter(root->left, pinyin, pinyin_len);

        // 输出当前匹配节点的中文字符
        printf("%s ", root->chinese);

        // 继续向右子树搜索匹配节点并输出结果
        searchCharacter(root->right, pinyin, pinyin_len);
    }
}

3. 做一份有拼音和对应中文字符的文件

a:啊阿
ai:埃挨哎唉哀皑癌蔼矮艾碍爱隘
an:鞍氨安俺按暗岸胺案
ang:肮昂盎
ao:凹敖熬翱袄傲奥懊澳
ba:芭捌扒叭吧笆八疤巴拔跋靶把耙坝霸罢爸茇菝岜灞钯粑鲅魃
bai:白柏百摆佰败拜稗伯捭掰
ban:斑班搬扳般颁板版扮拌伴瓣半办绊阪坂贲钣瘢癍舨
bang:邦帮梆榜膀绑棒磅蚌镑傍谤蒡浜
bao:苞胞包褒剥薄雹保堡饱宝抱报暴豹鲍爆刨炮勹葆孢煲鸨褓趵龅
bei:杯碑悲卑北辈背贝钡倍狈备惫焙被臂孛陂邶埤萆蓓呗悖碚鹎褙鐾鞴
ben:奔苯本笨畚坌贲锛
beng:蚌崩绷甭泵蹦迸堋嘣甏
bi:逼鼻比鄙笔彼碧蓖蔽毕毙毖币庇痹闭敝弊必辟壁臂避陛秘泌匕俾埤芘荜荸萆薜吡哔狴庳愎滗濞弼妣婢嬖璧贲畀铋秕裨筚箅篦舭襞跸髀
bian:鞭边编贬扁便变卞辨辩辫遍匾弁苄忭汴缏煸砭碥窆褊蝙笾鳊
biao:标彪膘表婊骠杓飑飙飚灬镖镳瘭裱鳔髟
bie:鳖憋别瘪蹩
bin:彬斌濒滨宾摈傧豳缤玢槟殡膑镔髌鬓
bing:兵冰柄丙秉饼炳病并屏禀冫邴摒槟
bo:柏百剥薄玻菠播拨钵波博勃搏铂箔伯帛舶脖膊渤泊驳卜孛亳蕃啵饽檗擘礴钹鹁簸趵跛踣
bu:堡捕卜哺补埠不布步簿部怖埔卟逋瓿晡钚钸醭
ca:擦嚓礤
cai:猜裁材才财睬踩采彩菜蔡
can:餐参蚕残惭惨灿孱骖璨粲黪
cang:苍舱仓沧藏伧
cao: 操糙槽曹草艹嘈漕螬艚
ce:厕策侧册测恻
cen:参岑涔
ceng:层蹭曾噌
cha: 插叉茬茶查碴搽察岔差诧刹喳嚓猹馇汊姹杈楂槎檫锸镲衩
chai:差拆柴豺侪钗瘥虿龇
chan:搀掺蝉馋谗缠铲产阐颤单冁谄蒇廛忏潺澶孱羼婵觇禅镡蟾躔
chang:昌猖场尝常长偿肠厂敞畅唱倡伥鬯苌菖徜怅惝阊娼嫦昶氅鲳
chao:超抄钞朝嘲潮巢吵炒绰剿怊晁耖
che:车扯撤掣彻澈坼屮砗
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cheng:撑称城橙成呈乘程惩澄诚承逞骋秤盛丞埕噌徵枨柽塍瞠铖铛裎蛏酲
chi:吃痴持匙池迟弛驰耻齿侈尺赤翅斥炽傺坻墀茌叱哧啻嗤彳饬媸敕眵鸱瘛褫蚩螭笞篪豉踟魑
chong:充冲虫崇宠种重茺忡憧铳舂艟
chou:抽酬畴踌稠愁筹仇绸瞅丑臭俦帱惆瘳雠
chu:初出橱厨躇锄雏滁除楚础储矗搐触处畜亍刍怵憷绌杵楮樗褚蜍蹰黜
chuai: 揣搋嘬膪踹
chuan: 川穿椽传船喘串舛遄巛氚钏舡
chuang:疮窗幢床闯创怆疒
chui:吹炊捶锤垂陲棰槌
chun:春椿醇唇淳纯蠢莼鹑蝽
chuo:戳绰啜辶辍踔龊
ci:差疵茨磁雌辞慈瓷词此刺赐次伺兹茈呲祠鹚粢糍
cong:聪葱囱匆从丛苁淙骢琮璁枞
cou:凑楱辏腠
cu:粗醋簇促蔟徂猝殂酢蹙蹴
cuan:蹿篡窜攒汆撺爨镩
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cun:村存寸忖皴
cuo:磋撮搓措挫错厝嵯脞锉矬痤瘥鹾蹉躜
da:搭达答瘩打大耷哒嗒怛妲沓疸褡笪靼鞑
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dan:耽担丹单郸掸胆旦氮但惮淡诞弹蛋赡石儋萏啖澹殚赕眈疸瘅聃箪
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dong:东冬董懂动栋侗恫冻洞咚岽峒氡胨胴硐鸫
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dui:堆兑队对怼憝碓
dun:墩吨蹲敦顿囤钝盾遁沌炖砘礅盹镦趸
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guai:乖拐怪掴
guan:棺关官冠观管馆罐惯灌贯纶倌莞掼涫盥鹳鳏
guang:光广逛咣犷桄胱
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ha:蛤哈铪
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hang:夯杭航吭巷行沆绗颃
hao:镐壕嚎豪毫郝好耗号浩貉蒿薅嗥嚆濠灏昊皓颢蚝
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hei:嘿黑
hen:痕很狠恨
heng:哼亨横衡恒蘅珩桁
hong:轰哄烘虹鸿洪宏弘红黉訇讧荭蕻薨闳泓
hou:喉侯猴吼厚候后堠後逅瘊篌糇鲎骺
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hua:花哗华猾滑画划化话骅桦砉铧
huai:槐徊怀淮坏踝
huan:欢环桓还缓换患唤痪豢焕涣宦幻郇奂垸萑擐圜獾洹浣漶寰逭缳锾鲩鬟
huang:荒慌黄磺蝗簧皇凰惶煌晃幌恍谎隍徨湟潢遑璜肓癀蟥篁鳇
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hun:荤昏婚魂浑混诨馄阍溷珲
huo:和豁活伙火获或惑霍货祸劐藿攉嚯夥钬锪镬耠蠖
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jia:嘉枷夹佳家加荚颊贾甲钾假稼价架驾嫁茄嘏伽郏葭岬浃迦珈戛胛恝铗铪镓痂瘕袷蛱笳袈跏
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ken:肯啃垦恳裉
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kuai:会块筷侩快蒯郐哙狯脍
kuan:宽款髋
kuang:匡筐狂框矿眶旷况诓诳邝圹夼哐纩贶
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kun:坤昆捆困悃阃琨锟醌鲲髡
kuo:括扩廓阔蛞
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nei:馁内
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nian:蔫拈年碾撵捻念廿埝辇黏鲇鲶
niang:娘酿
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nin:您
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niu:牛扭钮纽拗狃忸妞
nong:脓浓农弄侬哝
nou:耨
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nve:虐疟
nuan:暖
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o:哦喔噢
ou:欧鸥殴藕呕偶沤区讴怄瓯耦
pa:扒耙啪趴爬帕怕琶葩杷筢
pai:拍排牌徘湃派迫俳蒎哌
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pang:膀磅镑乓庞旁耪胖彷滂逄螃
pao:抛咆刨炮袍跑泡匏狍庖脬疱
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peng:砰抨烹澎彭蓬棚硼篷膨朋鹏捧碰堋嘭怦蟛
pi:辟否坯砒霹批披劈琵毗啤脾疲皮匹痞僻屁譬丕仳陂陴邳郫圮埤鼙芘擗噼庀淠媲纰枇甓睥罴铍癖裨疋蚍蜱貔
pian:扁便篇偏片骗谝骈缏犏胼翩蹁
piao:飘漂瓢票朴剽嘌嫖骠缥殍瞟螵
pie:撇瞥丿苤氕
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ping:冯乒坪苹萍平凭瓶评屏俜娉枰鲆
po:泊繁坡泼颇婆破魄迫粕朴叵陂鄱珀攴攵钋钷皤笸
pou:剖裒掊
pu:堡暴脯扑铺仆莆葡菩蒲埔朴圃普浦谱曝瀑匍噗溥濮璞氆镤镨蹼
qi:稽缉期欺栖戚妻七凄漆柒沏其棋奇歧畦崎脐齐旗祈祁骑起岂乞企启契砌器气迄弃汽泣讫亟亓俟圻芑芪荠萋葺蕲嘁屺岐汔淇骐绮琪琦杞桤槭耆欹祺憩碛颀蛴蜞綦綮蹊鳍麒
qia:卡掐恰洽葜袷髂
qian:牵扦钎铅千迁签仟谦乾黔钱钳前潜遣浅谴堑嵌欠歉纤倩佥阡芊芡茜荨掮岍悭慊骞搴褰缱椠犍肷愆钤虔箝羟
qiang:枪呛腔羌墙蔷强抢丬戕嫱樯戗炝锵镪襁蜣羟跄
qiao:壳橇锹敲悄桥瞧乔侨巧鞘撬翘峭俏窍雀劁诮谯荞峤愀憔缲樵硗铫跷鞒
qie:切茄且怯窃伽郄惬慊妾挈锲箧趄
qin:钦侵亲秦琴勤芹擒禽寝沁芩揿吣嗪噙廑檎锓矜覃螓衾
qing:亲青轻氢倾卿清擎晴氰情顷请庆苘圊檠磬锖蜻罄箐綮謦鲭黥
qiong:琼穷邛茕穹蛩筇跫銎
qiu:仇龟秋丘邱球求囚酋泅俅巯犰湫逑遒楸赇虬蚯蝤裘糗鳅
qu:趋区蛆曲躯屈驱渠取娶龋趣去戌诎劬凵苣蕖蘧岖衢阒璩觑氍朐祛磲鸲癯蛐蠼麴瞿黢
quan:圈颧权醛泉全痊拳犬券劝诠荃犭悛绻辁畎铨蜷筌鬈
que:缺炔瘸却鹊榷确雀阕阙悫
qui:鼽
qun:裙群逡麇
ran:然燃冉染苒蚺髯
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rao:饶扰绕荛娆桡
re:惹热喏
ren:壬仁人忍韧任认刃妊纫亻仞荏葚饪轫稔衽
reng:扔仍
ri:日
rong:戎茸蓉荣融熔溶容绒冗嵘狨榕肜蝾
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zhuai:拽转
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4. 读取拼音和中文字符，加载到红黑树中

 Node* root = NULL;
	
	int ch;
	char pinyin[8] = {'\0'};
	char hanzi[8] = {'\0'};
	
	unsigned char *pHanzi = NULL;
	unsigned char hanzi_font[4] = {'\0'};
	
	FILE *fp = NULL;
	
	fp = fopen("hanzi.txt", "rb+");
	
	if(NULL == fp)
	{
		printf("open hanzi.txt failed\r\n");
		return -1;
	}
	
	unsigned char font[1024] = {'\0'};
	
	while(NULL != fgets(font, sizeof(font), fp))
	{
		sscanf(font, "%[^:]", pinyin);	

		if('\0' == pinyin[0])
		{
			continue;
		}
		
		pHanzi = &font[strlen(pinyin)+1];
		
		while(*pHanzi != '\n' && *pHanzi != '\0')
		{			
			hanzi[0] = *pHanzi++;
			hanzi[1] = *pHanzi++;
			hanzi[2] = *pHanzi++;
			hanzi[3] = '\0';
			
			root = insertNode(root, createNode(pinyin,  hanzi));

		}
		
		memset(font, '\0', sizeof(font));
	}

5. 测试输入字符后的结果

int main() {
	while(1)
	{
		// 输入拼音，搜索匹配的中文字符
		char pinyin[10];
		printf("Enter pinyin: ");
		scanf("%s", pinyin);
		printf("\r\n");
		searchCharacter(root, pinyin, strlen(pinyin));
		printf("\r\n");
	}

    return 0;
}

5.1 结果