Threaded Red-Black Tree 线索红黑树

项目地址：http://code.google.com/p/febird

 

 

使用 libavl 中的 trb ，经过修改，实现了一个更高效更友好易用的版本，并且也支持范围查询，提供完备的std::map/set接口。

1. 对基本类型的key，实现高效search
2. 支持 lower_bound/upper_bound/equal_range
3. 结点采用压缩方式，将colorbit(1bit)和tagbit(2bit)压缩到指针中
   1. 从而每个结点的overhead是2ptr(32位环境下8byte，64位环境下16bits)
   2. stl::map/stl::set 的节点overhead 一般是 4ptr
4. 遍历tree的速度比stl::map/set快一倍
   1. 线索树的线索(thread)可以直接访问next/prev，而不需要回溯到祖先结点再访问其最左/右叶子
   2. 通过线索(thread)直接访问到next/prev的概率大约有50%
5. key的访问使用fieldoffset，C标准中有 offsetof(T,f) 宏来计算字段偏移
6. 因为使用C模拟template，从而没有C++的代码膨胀问题
7. C接口需要手工打造vtable
8. vtable指针通过参数传递，而不是将它作为trb_tree的一部分，更节约内存
   1. 也许仅仅一个vtable指针用不了多少内存
   2. 但是当有若干个【在我的应用中，大约2M个】trb_tree时，节省的内存相当可观
9. 使用C实现核心功能，同时提供更易用的C++接口（trbset/trbmap/trbtab）
   1. 类似stl中的相应东西
   2. trbset相当于stl::set
   3. trbmap相当于stl::map
   4. trbtab提供更多的控制
10. C++接口只是一个语法糖wrapper，将调用转发到C，但是使用C++可以避免几乎一切误用
    1. C++将vtable作为模板的static成员，非常合理，非常恰到好处

以前我写过两篇文章：

在 C 语言中实现模板函数的方法

在 C 语言中实现模板函数的方法（续）

 

对基本类型的key，实现高效search，其核心思想就来源于这两篇文章，但是有许多精化。其间使用了更之前的一些东西：

1. 基本类型enum
2. 类型迭代（使用preprocessor）

基本类型enum，使用enum的目的在于：使用这个enum，查找到相应的处理函数。

enum field_type_t { tev_char, tev_byte, tev_int16, tev_uint16, tev_int32, tev_uint32, tev_int64, tev_uint64, tev_float, tev_double, tev_int, tev_uint, tev_long, tev_ulong, tev_ptr, tev_blob, ///< blob tev_cstr, tev_std_string, ///< for c++ std::string, only used in c++ tev_std_wstring, ///< for c++ std::wstring, only used in c++ tev_app ///< application defined type #define tev_type_count__ tev_int };

 

类型迭代：p_field_type_loop.h

// field type loop without judge VALUE_SIZE // input macro: // FIELD_TYPE_FILE # define FIELD_TYPE_TYPE signed char # define FIELD_TYPE_PROMOTED int # define FIELD_TYPE_NAME tev_char # include FIELD_TYPE_FILE # undef FIELD_TYPE_PROMOTED # define FIELD_TYPE_TYPE unsigned char # define FIELD_TYPE_PROMOTED unsigned # define FIELD_TYPE_NAME tev_byte # include FIELD_TYPE_FILE # undef FIELD_TYPE_PROMOTED // and so on .... // more types

 

在包含该文件之前，需要定义 FIELD_TYPE_FILE ，从而p_field_type_loop.h可以作为一个通用的代码生成器。在FIELD_TYPE_FILE中，实现具体的代码，在需要参数化类型的地方，使用FIELD_TYPE_TYPE来代替。FIELD_TYPE_PROMOTED用来提升相应的FIELD_TYPE_TYPE，例如 signed char 被提升到 int，float 被提升到double，这一点，在使用C的vararg时是绝对必要的。

 

另外，在包含该文件之前，还要将FIELD_TYPE_FILE中实现的函数名定义成宏，如：
#define trb_compare_kd CAT_TOKEN2(trb_compare_, FIELD_TYPE_NAME) #define trb_find_xx CAT_TOKEN2(trb_find_, FIELD_TYPE_NAME) #define trb_lower_bound_xx CAT_TOKEN2(trb_lower_bound_, FIELD_TYPE_NAME) #define trb_upper_bound_xx CAT_TOKEN2(trb_upper_bound_, FIELD_TYPE_NAME) #define trb_equal_range_xx CAT_TOKEN2(trb_equal_range_, FIELD_TYPE_NAME) #define trb_find_path_xx CAT_TOKEN2(trb_find_path_, FIELD_TYPE_NAME) #define FIELD_TYPE_FILE "trb_fun_field_type.h" #include "p_field_type_loop.h" #undef FIELD_TYPE_FILE

 

以trb_find_xx为例，当trb_find_xx被展开后，变成trb_find_tev_double等等。

为什么要搞这么多呢？因为在这些函数中，对key值的大小比较实际上是个trivial操作，而一般传统的方法是传递一个compare函数指针，通过该指针调用compare函数，来实现灵活性（对任意类型的key）。

但是，通过函数指针调用一个非常trivial的操作，有很多不必要的性能损失（经过测试，对int的key，trb_find_xx会慢20%~80%，服务器GCC+至强2.29G中慢20%，台式机VC+奔腾2.49G中慢80%）。

使用这种编程范式，可以在不必造成冗余代码的情况下，大幅提升性能。

 

使用：

#include <febird/c/trb.h> // for C

#include <febird/trb_cxx.h> // for C++

 

trbmap<string, int> m1; // equivalent to std::map<string, int>

 

全部的代码在这里