红黑树实现

红黑树实现

/*红黑树设计与实现
*参考算法导论
*http://www.cppblog.com/converse/archive/2008/11/10/66530.html

插入时有三种情况(这里只考虑z的父节点是z的祖父节点的左孩子,z的父节点是z的祖父节点的右孩子对称也一样)
(1) z的叔叔y是红色的(改变颜色,提升x)
(2) z的叔叔y是黑色的,而且z是右孩子(左旋)
(3) z的叔叔y是黑色的,而且z是左孩子(右旋加改变颜色)

删除时有四种情况(这里只考虑z是z的父节点的左孩子,z是z的父节点的右孩子对称也一样)
(1)x的兄弟w是红色的(左旋加改变颜色)
(2)x的兄弟w是黑色的,而且w的两个孩子都是黑色的(改变颜色,提升x)
(3)x的兄弟w是黑色的,w的左孩子是红色的,右孩子是黑色的(改变颜色加右旋)
(4)x的兄弟w是黑色的,而且w的右孩子是红色的(改变颜色加左旋)
*/

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>

/*定义颜色枚举类型*/
typedef enum color_t
{
    RED=0,
    BLACK=1
}color_t;


/*定义结构体*/
typedef struct rb_node_t
{
    int key;
    color_t color;
    struct rb_node_t *left,*right,*parent;
}rb_node_t;

/* 测试是否为红黑树*/
int  isRedBlackTree(rb_node_t *root,int count)
{
    if(root==NULL)
    {
        printf("黑高度为 %d\n",count);
        if(count!=12)/*通过测试该测试用例黑高度为12,不具有普遍性*/
        {
            printf("not a redblack tree\n");
            exit(1);
        }
    }else{
        if(root->color==BLACK)
        {
            count++;
        }
        else{
            if((root->left!=NULL &&root->left->color==RED)||
                    (root->right!=NULL && root->right->color==RED))
            {
                printf("child color RED\n");
            }
        }
        isRedBlackTree(root->left,count);
        isRedBlackTree(root->right,count);
    }
    
}

/*中序打印节点用于测试*/
void midPrint(rb_node_t *root)
{
    if(root!=NULL)
    {
        midPrint(root->left);
        printf("%d  ",root->key);
        if(root->color==RED)
            printf("RED  ");
        else
            printf("BLACK  ");
        midPrint(root->right);
    }
}
/*先序打印节点用于测试*/
void prePrint(rb_node_t *root)
{
    if(root!=NULL)
    {

        printf("%d  ",root->key);
        if(root->color==RED)
            printf("RED  ");
        else
            printf("BLACK  ");
        prePrint(root->left);
        prePrint(root->right);
    }
}

/*创建节点*/
rb_node_t * createNode(int key)
{
    rb_node_t *newNode;
    if((newNode=malloc(sizeof(rb_node_t)))==NULL)
    {
        printf("malloc error");
        return NULL;
    }
    newNode->color=RED;
    newNode->left=NULL;
    newNode->right=NULL;
    newNode->key=key;
    newNode->parent=NULL;
    return newNode;
}

/*左旋*/
rb_node_t * leftRotate(rb_node_t *root,rb_node_t *node)
{
    rb_node_t *right;
    right=node->right;

    if(node->right=right->left)
    {
        right->left->parent=node;
    }
    right->left=node;
    if(right->parent=node->parent)
    {
        if(node->parent->left==node)
            node->parent->left=right;
        else
            node->parent->right=right;
    }else
        root=right;
    node->parent=right;
    return root;

}

/*右旋*/
rb_node_t *rightRotate(rb_node_t *root,rb_node_t *node)
{
    rb_node_t *left;
    left=node->left;
    if(node->left=left->right)
        left->right->parent=node;
    left->right=node;
    if(left->parent=node->parent)
    {
        if(node->parent->left==node)
            node->parent->left=left;
        else
            node->parent->right=left;
    }else
        root=left;
    node->parent=left;
    return root;
}

/*查找节点,若找到则返回该节点,若没找到返回NULL并且将父节点保存到save中*/
rb_node_t * rb_search_auxiliary(int key,rb_node_t *root,rb_node_t **save)
{
    rb_node_t *node,*parent;
    node=root;
    parent=NULL;
    while(node)
    {
        parent=node;
        if(node->key<key)
            node=node->right;
        else if(node->key>key)
            node=node->left;
        else
            return node;
    }
    if(save)
        *save=parent;
    return NULL;
}

/*查找节点*/
rb_node_t * rb_search(int key,rb_node_t *root)
{
    return rb_search_auxiliary(key,root,NULL);
}

/*插入节点后进行调整,使其满足红黑树性质*/
rb_node_t * rb_insert_reblance(rb_node_t *root,rb_node_t *node)
{
    rb_node_t *parent,*uncle,*grandParent,*temp;
    while((parent=node->parent)&&(parent->color==RED))
    {
        grandParent=parent->parent;
        if(parent==grandParent->left)
        {
            uncle=grandParent->right;
            if(uncle!=NULL && uncle->color==RED)
            {
                parent->color=BLACK;
                uncle->color=BLACK;
                grandParent->color=RED;
                node=grandParent;
            }else{
                if(node==parent->right)
                {
                    root=leftRotate(root,parent);
                    temp=parent;
                    parent=node;
                    node=temp;
                }
                //printf("##########\n");
                //print(root);
                //printf("\n");
                parent->color=BLACK;
                grandParent->color=RED;
                root=rightRotate(root,grandParent);
               
                //printf("##########\n");
            //    print(root);
            //    printf("\n");
            }
        }else{
            uncle=grandParent->left;
            if(uncle!=NULL && uncle->color==RED)
            {
                parent->color=BLACK;
                uncle->color=BLACK;
                grandParent->color=RED;
                node=grandParent;
            }else{
                if(node==parent->left)
                {
                    root=rightRotate(root,parent);
                    temp=parent;
                    parent=node;
                    node=temp;
                }
                parent->color=BLACK;
                grandParent->color=RED;
                root=leftRotate(root,grandParent);

            }
        }
    }
    root->color=BLACK;
    return root;
}

/*红黑树插入节点*/
rb_node_t * rb_insert(rb_node_t *root,int key)
{
    rb_node_t *parent,*newNode;
    newNode=createNode(key);
   
    if(rb_search_auxiliary(key,root,&parent)!=NULL)
    {
        printf("already exixt\n");
        return root;
    }
    if(parent==NULL)
    {
        root=newNode;
    }else{
        newNode->parent=parent;
        if(parent->key<key)
            parent->right=newNode;
        else
            parent->left=newNode;
    }
//    print(root);
//    printf("\n");
    root=rb_insert_reblance(root,newNode);
    return root;
}


/*删除黑节点后进行调整,使其满足红黑树性质*/
rb_node_t *rb_delete_reblance(rb_node_t *root,rb_node_t *node,rb_node_t *parent)
{
    rb_node_t *brother;
    while((node==NULL ||node->color==BLACK)&&((node!=root)))
    {
        if(node==parent->left)
        {
            brother=parent->right;
            if(brother->color==RED)
            {
                brother->color=BLACK;
                parent->color=RED;
                root=leftRotate(root,parent);
                brother=parent->right;
            }
            if((!brother->left || brother->left->color==BLACK)&&
                    (!brother->right || brother->right->color==BLACK))
            {
                brother->color=RED;
                node=parent;
                parent=parent->parent;
            }else{
                if(!brother->right || brother->right->color==BLACK)
                {
                    brother->color=RED;
                    brother->left->color=BLACK;
                    root=rightRotate(root,brother);
                    brother=parent->right;
                }
                brother->color=parent->color;
                parent->color=BLACK;
                brother->right->color=BLACK;
                root=leftRotate(root,parent);
                node=root;
            }
       
        }else{
            brother=parent->left;
            if(brother->color==RED)
            {
                brother->color=BLACK;
                parent->color=RED;
                root=rightRotate(root,parent);
                brother=parent->left;
            }
           
            if((!brother->left ||brother->left->color==BLACK) &&
                    (!brother->right ||brother->right->color==BLACK))
            {
                brother->color=RED;
                node=parent;
                parent=parent->parent;
            }else {
                if(!brother->left || brother->left->color==BLACK)
                {
                    brother->color=RED;
                    brother->right->color=BLACK;
                    root=leftRotate(root,brother);
                    brother=parent->left;
                }
                brother->color=parent->color;
                parent->color=BLACK;
                brother->left->color=BLACK;
                root=rightRotate(root,parent);
                node=root;
            }
        }
    }
    node->color=BLACK;
    return root;
}

rb_node_t *rb_delete(rb_node_t *root,int key)
{
    rb_node_t *node,*old,*child,*parent;
    color_t color;
    child=NULL;

    if((node=rb_search(key,root))==NULL)
    {
        printf("not find the node\n");
        return root;
    }

    old=node;

    if(node->left!=NULL && node->right!=NULL)
    {
        node=node->right;
        while(node->left!=NULL)
        {
            node=node->left;
        }
        child=node->right;
        parent=node->parent;
        if(child)
            child->parent=parent;
        if(parent->left==node)
            parent->left=child;
        else
            parent->right=child;
       
        if(node->parent==old)
        {
            parent=node;
        }
        color=node->color;
        node->left=old->left;
        node->right=old->right;
        node->color=old->color;
        node->parent=old->parent;
        if(old->parent)
        {
            if(old->parent->left==old)
                old->parent->left=node;
            else
                old->parent->right=node;
        }else
            root=node;
        old->left->parent=node;
        if(old->right)
            old->right->parent=node;
        free(old);
    }else{
        parent=node->parent;
        if(node->left!=NULL)
            child=node->left;
        else
            child=node->right;
        if(child)
            child->parent=parent;

        if(parent)
        {
            if(parent->left==node)
                parent->left=child;
            else
                parent->right=child;
        }else
            root=child;
        color=node->color;
        free(node);
    }
    if(color==BLACK)
        rb_delete_reblance(root,child,parent);
    return root;
}

int main()
{
    int i,count=900000;
    int key;
    rb_node_t *root=NULL,*node=NULL;

    srand(time(NULL));
    int num=0;
    for(i=1;i<count;++i)
    {
        key=rand()%count;
        if(root=rb_insert(root,key))
        {
            printf("[i=%d] insert key %d,success!\n",i,key);
        }else{
            printf("[i=%d] insert key %d error!\n",i,key);
            exit(1);
        }
//        printf("当前树中节点\n");
//        midPrint(root);
//        printf("\n");

        if((node=rb_search(key,root)))
        {
            printf("[i=%d] search key %d success!\n",i,key);
        }else{

            printf("[i=%d] search key %d error!\n",i,key);
            exit(1);
        }
       
        if(!(i%10))
        {

        //    prePrint(root);
            if((root=rb_delete(root,key)))
            {
                printf("[i=%d] delete key %d success\n",i,key);
            }else
            {
                printf("[i=%d] erase key %d error\n",i,key);
                exit(1);
            }
           
        }

    }

    /*printf("#########线序遍历\n");
    prePrint(root);
    printf("\n");

    printf("$$$$$$$$$中序遍历\n");
    midPrint(root);
    printf("\n");
    */
    printf("the root color %d\n",root->color);
    isRedBlackTree(root,0);

    return 0;
}

你可能感兴趣的:(红黑树实现)