红黑树实现源码

文件rbtree.h
#ifndef_LINUX_RBTREE_H
#define_LINUX_RBTREE_H
#if defined(container_of)
  #undef container_of
  #define container_of(ptr, type, member) ({\
        const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr);\
        (type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) );})
#else
  #define container_of(ptr, type, member) ({\
        const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr);\
        (type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) );})
#endif
#if defined(offsetof)
  #undef offsetof
  #define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER)
#else 
  #define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE *)0)->MEMBER)
#endif
#undef NULL
#if defined(__cplusplus)
  #define NULL 0
#else
  #define NULL ((void *)0)
#endif
struct rb_node
{
unsigned long  rb_parent_color;
#defineRB_RED0
#defineRB_BLACK1
struct rb_node *rb_right;
struct rb_node *rb_left;
} __attribute__((aligned(sizeof(long))));
    /* The alignment might seem pointless, but allegedly CRIS needs it */
struct rb_root
{
struct rb_node *rb_node;
};
#define rb_parent(r)   ((struct rb_node *)((r)->rb_parent_color & ~3))
#define rb_color(r)   ((r)->rb_parent_color & 1)
#define rb_is_red(r)   (!rb_color(r))
#define rb_is_black(r) rb_color(r)
#define rb_set_red(r)  do { (r)->rb_parent_color &= ~1; } while (0)
#define rb_set_black(r)  do { (r)->rb_parent_color |= 1; } while (0)
static inline void rb_set_parent(struct rb_node *rb, struct rb_node *p)
{
rb->rb_parent_color = (rb->rb_parent_color & 3) | (unsigned long)p;
}
static inline void rb_set_color(struct rb_node *rb, int color)
{
rb->rb_parent_color = (rb->rb_parent_color & ~1) | color;
}
#define RB_ROOT(struct rb_root) { NULL, }
#definerb_entry(ptr, type, member) container_of(ptr, type, member)
#define RB_EMPTY_ROOT(root)((root)->rb_node == NULL)
#define RB_EMPTY_NODE(node)(rb_parent(node) == node)
#define RB_CLEAR_NODE(node)(rb_set_parent(node, node))
static inline void rb_init_node(struct rb_node *rb)
{
rb->rb_parent_color = 0;
rb->rb_right = NULL;
rb->rb_left = NULL;
RB_CLEAR_NODE(rb);
}
extern void rb_insert_color(struct rb_node *, struct rb_root *);
extern void rb_erase(struct rb_node *, struct rb_root *);
typedef void (*rb_augment_f)(struct rb_node *node, void *data);
extern void rb_augment_insert(struct rb_node *node,
      rb_augment_f func, void *data);
extern struct rb_node *rb_augment_erase_begin(struct rb_node *node);
extern void rb_augment_erase_end(struct rb_node *node,
 rb_augment_f func, void *data);
/* Find logical next and previous nodes in a tree */
extern struct rb_node *rb_next(const struct rb_node *);
extern struct rb_node *rb_prev(const struct rb_node *);
extern struct rb_node *rb_first(const struct rb_root *);
extern struct rb_node *rb_last(const struct rb_root *);
/* Fast replacement of a single node without remove/rebalance/add/rebalance */
extern void rb_replace_node(struct rb_node *victim, struct rb_node *new, 
    struct rb_root *root);
static inline void rb_link_node(struct rb_node * node, struct rb_node * parent,
struct rb_node ** rb_link)
{
node->rb_parent_color = (unsigned long )parent;
node->rb_left = node->rb_right = NULL;
*rb_link = node;
}
#endif/* _LINUX_RBTREE_H */

文件rbtree.c
#include "rbtree.h"

static void __rb_rotate_left(struct rb_node *node, struct rb_root *root)
{
	struct rb_node *right = node->rb_right;
	struct rb_node *parent = rb_parent(node);

	if ((node->rb_right = right->rb_left))
		rb_set_parent(right->rb_left, node);
	right->rb_left = node;

	rb_set_parent(right, parent);

	if (parent)
	{
		if (node == parent->rb_left)
			parent->rb_left = right;
		else
			parent->rb_right = right;
	}
	else
		root->rb_node = right;
	rb_set_parent(node, right);
}

static void __rb_rotate_right(struct rb_node *node, struct rb_root *root)
{
	struct rb_node *left = node->rb_left;
	struct rb_node *parent = rb_parent(node);

	if ((node->rb_left = left->rb_right))
		rb_set_parent(left->rb_right, node);
	left->rb_right = node;

	rb_set_parent(left, parent);

	if (parent)
	{
		if (node == parent->rb_right)
			parent->rb_right = left;
		else
			parent->rb_left = left;
	}
	else
		root->rb_node = left;
	rb_set_parent(node, left);
}

void rb_insert_color(struct rb_node *node, struct rb_root *root)
{
	struct rb_node *parent, *gparent;

	while ((parent = rb_parent(node)) && rb_is_red(parent))
	{
		gparent = rb_parent(parent);

		if (parent == gparent->rb_left)
		{
			{
				register struct rb_node *uncle = gparent->rb_right;
				if (uncle && rb_is_red(uncle))
				{
					rb_set_black(uncle);
					rb_set_black(parent);
					rb_set_red(gparent);
					node = gparent;
					continue;
				}
			}

			if (parent->rb_right == node)
			{
				register struct rb_node *tmp;
				__rb_rotate_left(parent, root);
				tmp = parent;
				parent = node;
				node = tmp;
			}

			rb_set_black(parent);
			rb_set_red(gparent);
			__rb_rotate_right(gparent, root);
		} else {
			{
				register struct rb_node *uncle = gparent->rb_left;
				if (uncle && rb_is_red(uncle))
				{
					rb_set_black(uncle);
					rb_set_black(parent);
					rb_set_red(gparent);
					node = gparent;
					continue;
				}
			}

			if (parent->rb_left == node)
			{
				register struct rb_node *tmp;
				__rb_rotate_right(parent, root);
				tmp = parent;
				parent = node;
				node = tmp;
			}

			rb_set_black(parent);
			rb_set_red(gparent);
			__rb_rotate_left(gparent, root);
		}
	}

	rb_set_black(root->rb_node);
}

static void __rb_erase_color(struct rb_node *node, struct rb_node *parent,
			     struct rb_root *root)
{
	struct rb_node *other;

	while ((!node || rb_is_black(node)) && node != root->rb_node)
	{
		if (parent->rb_left == node)
		{
			other = parent->rb_right;
			if (rb_is_red(other))
			{
				rb_set_black(other);
				rb_set_red(parent);
				__rb_rotate_left(parent, root);
				other = parent->rb_right;
			}
			if ((!other->rb_left || rb_is_black(other->rb_left)) &&
			    (!other->rb_right || rb_is_black(other->rb_right)))
			{
				rb_set_red(other);
				node = parent;
				parent = rb_parent(node);
			}
			else
			{
				if (!other->rb_right || rb_is_black(other->rb_right))
				{
					rb_set_black(other->rb_left);
					rb_set_red(other);
					__rb_rotate_right(other, root);
					other = parent->rb_right;
				}
				rb_set_color(other, rb_color(parent));
				rb_set_black(parent);
				rb_set_black(other->rb_right);
				__rb_rotate_left(parent, root);
				node = root->rb_node;
				break;
			}
		}
		else
		{
			other = parent->rb_left;
			if (rb_is_red(other))
			{
				rb_set_black(other);
				rb_set_red(parent);
				__rb_rotate_right(parent, root);
				other = parent->rb_left;
			}
			if ((!other->rb_left || rb_is_black(other->rb_left)) &&
			    (!other->rb_right || rb_is_black(other->rb_right)))
			{
				rb_set_red(other);
				node = parent;
				parent = rb_parent(node);
			}
			else
			{
				if (!other->rb_left || rb_is_black(other->rb_left))
				{
					rb_set_black(other->rb_right);
					rb_set_red(other);
					__rb_rotate_left(other, root);
					other = parent->rb_left;
				}
				rb_set_color(other, rb_color(parent));
				rb_set_black(parent);
				rb_set_black(other->rb_left);
				__rb_rotate_right(parent, root);
				node = root->rb_node;
				break;
			}
		}
	}
	if (node)
		rb_set_black(node);
}

void rb_erase(struct rb_node *node, struct rb_root *root)
{
	struct rb_node *child, *parent;
	int color;

	if (!node->rb_left)
		child = node->rb_right;
	else if (!node->rb_right)
		child = node->rb_left;
	else
	{
		struct rb_node *old = node, *left;

		node = node->rb_right;
		while ((left = node->rb_left) != NULL)
			node = left;

		if (rb_parent(old)) {
			if (rb_parent(old)->rb_left == old)
				rb_parent(old)->rb_left = node;
			else
				rb_parent(old)->rb_right = node;
		} else
			root->rb_node = node;

		child = node->rb_right;
		parent = rb_parent(node);
		color = rb_color(node);

		if (parent == old) {
			parent = node;
		} else {
			if (child)
				rb_set_parent(child, parent);
			parent->rb_left = child;

			node->rb_right = old->rb_right;
			rb_set_parent(old->rb_right, node);
		}

		node->rb_parent_color = old->rb_parent_color;
		node->rb_left = old->rb_left;
		rb_set_parent(old->rb_left, node);

		goto color;
	}

	parent = rb_parent(node);
	color = rb_color(node);

	if (child)
		rb_set_parent(child, parent);
	if (parent)
	{
		if (parent->rb_left == node)
			parent->rb_left = child;
		else
			parent->rb_right = child;
	}
	else
		root->rb_node = child;

 color:
	if (color == RB_BLACK)
		__rb_erase_color(child, parent, root);
}

static void rb_augment_path(struct rb_node *node, rb_augment_f func, void *data)
{
	struct rb_node *parent;

up:
	func(node, data);
	parent = rb_parent(node);
	if (!parent)
		return;

	if (node == parent->rb_left && parent->rb_right)
		func(parent->rb_right, data);
	else if (parent->rb_left)
		func(parent->rb_left, data);

	node = parent;
	goto up;
}

/*
 * after inserting @node into the tree, update the tree to account for
 * both the new entry and any damage done by rebalance
 */
void rb_augment_insert(struct rb_node *node, rb_augment_f func, void *data)
{
	if (node->rb_left)
		node = node->rb_left;
	else if (node->rb_right)
		node = node->rb_right;

	rb_augment_path(node, func, data);
}

/*
 * before removing the node, find the deepest node on the rebalance path
 * that will still be there after @node gets removed
 */
struct rb_node *rb_augment_erase_begin(struct rb_node *node)
{
	struct rb_node *deepest;

	if (!node->rb_right && !node->rb_left)
		deepest = rb_parent(node);
	else if (!node->rb_right)
		deepest = node->rb_left;
	else if (!node->rb_left)
		deepest = node->rb_right;
	else {
		deepest = rb_next(node);
		if (deepest->rb_right)
			deepest = deepest->rb_right;
		else if (rb_parent(deepest) != node)
			deepest = rb_parent(deepest);
	}

	return deepest;
}

/*
 * after removal, update the tree to account for the removed entry
 * and any rebalance damage.
 */
void rb_augment_erase_end(struct rb_node *node, rb_augment_f func, void *data)
{
	if (node)
		rb_augment_path(node, func, data);
}

/*
 * This function returns the first node (in sort order) of the tree.
 */
struct rb_node *rb_first(const struct rb_root *root)
{
	struct rb_node	*n;

	n = root->rb_node;
	if (!n)
		return NULL;
	while (n->rb_left)
		n = n->rb_left;
	return n;
}

struct rb_node *rb_last(const struct rb_root *root)
{
	struct rb_node	*n;

	n = root->rb_node;
	if (!n)
		return NULL;
	while (n->rb_right)
		n = n->rb_right;
	return n;
}

struct rb_node *rb_next(const struct rb_node *node)
{
	struct rb_node *parent;

	if (rb_parent(node) == node)
		return NULL;

	/* If we have a right-hand child, go down and then left as far
	   as we can. */
	if (node->rb_right) {
		node = node->rb_right; 
		while (node->rb_left)
			node=node->rb_left;
		return (struct rb_node *)node;
	}

	/* No right-hand children.  Everything down and left is
	   smaller than us, so any 'next' node must be in the general
	   direction of our parent. Go up the tree; any time the
	   ancestor is a right-hand child of its parent, keep going
	   up. First time it's a left-hand child of its parent, said
	   parent is our 'next' node. */
	while ((parent = rb_parent(node)) && node == parent->rb_right)
		node = parent;

	return parent;
}

struct rb_node *rb_prev(const struct rb_node *node)
{
	struct rb_node *parent;

	if (rb_parent(node) == node)
		return NULL;

	/* If we have a left-hand child, go down and then right as far
	   as we can. */
	if (node->rb_left) {
		node = node->rb_left; 
		while (node->rb_right)
			node=node->rb_right;
		return (struct rb_node *)node;
	}

	/* No left-hand children. Go up till we find an ancestor which
	   is a right-hand child of its parent */
	while ((parent = rb_parent(node)) && node == parent->rb_left)
		node = parent;

	return parent;
}

void rb_replace_node(struct rb_node *victim, struct rb_node *new,
		     struct rb_root *root)
{
	struct rb_node *parent = rb_parent(victim);

	/* Set the surrounding nodes to point to the replacement */
	if (parent) {
		if (victim == parent->rb_left)
			parent->rb_left = new;
		else
			parent->rb_right = new;
	} else {
		root->rb_node = new;
	}
	if (victim->rb_left)
		rb_set_parent(victim->rb_left, new);
	if (victim->rb_right)
		rb_set_parent(victim->rb_right, new);

	/* Copy the pointers/colour from the victim to the replacement */
	*new = *victim;
}

文件rbtree-tst.c
#include "rbtree.h"
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

struct mynode {
  	struct rb_node node;
  	char *string;
};

struct rb_root mytree = RB_ROOT;

struct mynode * my_search(struct rb_root *root, char *string)
{
  	struct rb_node *node = root->rb_node;

  	while (node) {
  		struct mynode *data = container_of(node, struct mynode, node);
		int result;

		result = strcmp(string, data->string);

		if (result < 0)
  			node = node->rb_left;
		else if (result > 0)
  			node = node->rb_right;
		else
  			return data;
	}
	return NULL;
}

int my_insert(struct rb_root *root, struct mynode *data)
{
  	struct rb_node **new = &(root->rb_node), *parent = NULL;

  	/* Figure out where to put new node */
  	while (*new) {
  		struct mynode *this = container_of(*new, struct mynode, node);
  		int result = strcmp(data->string, this->string);

		parent = *new;
  		if (result < 0)
  			new = &((*new)->rb_left);
  		else if (result > 0)
  			new = &((*new)->rb_right);
  		else
  			return 0;
  	}

  	/* Add new node and rebalance tree. */
  	rb_link_node(&data->node, parent, new);
  	rb_insert_color(&data->node, root);

	return 1;
}

void my_free(struct mynode *node)
{
	if (node != NULL) {
		if (node->string != NULL) {
			free(node->string);
			node->string = NULL;
		}
		free(node);
		node = NULL;
	}
}

#define NUM_NODES 32

int main()
{

	struct mynode *mn[NUM_NODES];

	/* *insert */
	int i = 0;
	printf("insert node from 1 to NUM_NODES(32): \n");
	for (; i < NUM_NODES; i++) {
		mn[i] = (struct mynode *)malloc(sizeof(struct mynode));
		mn[i]->string = (char *)malloc(sizeof(char) * 4);
		sprintf(mn[i]->string, "%d", i);
		my_insert(&mytree, mn[i]);
	}
	
	/* *search */
	struct rb_node *node;
	printf("search all nodes: \n");
	for (node = rb_first(&mytree); node; node = rb_next(node))
		printf("key = %s\n", rb_entry(node, struct mynode, node)->string);

	/* *delete */
	printf("delete node 20: \n");
	struct mynode *data = my_search(&mytree, "20");
	if (data) {
		rb_erase(&data->node, &mytree);
		my_free(data);
	}

	/* *delete again*/
	printf("delete node 10: \n");
	data = my_search(&mytree, "10");
	if (data) {
		rb_erase(&data->node, &mytree);
		my_free(data);
	}

	/* *delete once again*/
	printf("delete node 15: \n");
	data = my_search(&mytree, "15");
	if (data) {
		rb_erase(&data->node, &mytree);
		my_free(data);
	}

	/* *search again*/
	printf("search again:\n");
	for (node = rb_first(&mytree); node; node = rb_next(node))
		printf("key = %s\n", rb_entry(node, struct mynode, node)->string);
	return 0;
}


你可能感兴趣的:(红黑树)