RBTree

标签：红黑树

红黑树特性：

1、节点颜色非黑即红

2、根节点颜色一定是黑色

3、某一节点到其任意叶节点的路径中黑结点数量相等（保证了这颗树最长路径长度不超过最短路径的2倍）

4、不能有连续的两个红节点

#ifndef __RBTREE__
#define __RBTREE__

#include <iostream>
#include <stack>

//节点颜色，非黑即红
enum colour{
	RED,
	BLACK
};

//节点数据结构
template<class K>
struct RBTreeNode
{
	typedef RBTreeNode<K>* Node_p;
	Node_p _left;
	Node_p _right;
	Node_p _parent;
	K _key;
	colour _colour;
	RBTreeNode(const K& key = K())
		:_left(NULL)
		, _right(NULL)
		, _parent(NULL)
		, _key(key)
		, _colour(RED)
	{}
};

//红黑树结构
template<class K>
class RBTree
{
	typedef RBTreeNode<K> Node;
	typedef Node* Node_p;
public:
	RBTree()
		:_root(NULL)
	{}
	std::pair<Node_p, bool> Find(K key)
	{
		if (_root == NULL){
			return std::pair<Node_p, bool>(NULL, false);
		}
		Node_p cur = _root;
		Node_p parent = NULL;
		while (cur){
			if (cur->_key == key)
				return std::pair<Node_p, bool>(cur, true);
			else if (key < cur->_key){
				parent = cur;
				cur = cur->_left;
			}
			else{
				parent = cur;
				cur = cur->_right;
			}
		}
		return std::pair<Node_p, bool>(parent, false);
	}
	bool Insert(K key)
	{
		if (_root == NULL){//空树
			_root = new Node(key);
			_root->_colour = BLACK;
			return true;
		}
		std::pair<Node_p, bool> ret = Find(key);
		if (ret.second)//找到了键为key的节点，无法插入
			return false;

		Node_p parent = ret.first;
		Node_p Grandparent = parent->_parent;
		Node_p cur;
		Node_p GGrandparent;
		_Insert(parent,key);

		if (parent->_colour == BLACK)
			return true;
		
		//祖父节点Grandparent一定存在
		if (key < parent->_key){
			cur = parent->_left;
		}
		else{
			cur = parent->_right;
		}
		//***********************以上插入成功
		//***********************以下判断是否需要旋转变色
		Node_p Uncle;

		while (Grandparent){
			if (parent == Grandparent->_left)
				Uncle = Grandparent->_right;
			else
				Uncle = Grandparent->_left;

			GGrandparent = Grandparent->_parent;
			if (Uncle == NULL || Uncle->_colour == BLACK){//Grandparent一定为黑，旋转之后也一定为黑
				if (parent == Grandparent->_left){
					if (parent->_right == cur){//U为黑，cur内插,把cur转换为外插
						_RotateL(parent);
						std::swap(parent,cur);
					}
					_RotateR(Grandparent);
					parent->_colour = BLACK;
					Grandparent->_colour = RED;
				}
				else{
					if (parent->_left == cur){//U为黑，cur内插，把cur转换为外插
						_RotateR(parent);
						std::swap(parent, cur);
					}
					_RotateL(Grandparent);
					parent->_colour = BLACK;
					Grandparent->_colour = RED;
				}
				break;
			}
			else if (Uncle->_colour == RED){//Grandparent一定为黑，旋转之后为红
				if (parent == Grandparent->_left){
					if (parent->_right == cur){//U为红，cur内插,转为外插
						_RotateL(parent);
						std::swap(parent, cur);
					}
					_RotateR(Grandparent);
					cur->_colour = BLACK;
				}
				else{
					if (parent-> _left == cur){//U为红，cur内插
						_RotateR(parent);
						std::swap(parent, cur);
					}
					_RotateL(Grandparent);
					cur->_colour = BLACK;	
				}
			
				if (GGrandparent && GGrandparent->_colour == RED){
					cur = parent ;
					parent = cur->_parent;
					Grandparent = parent->_parent;
				}
				else
					break;
			}
		}	
		_root->_colour = BLACK;
		return true;
	}
	void InOrder()
	{
		_InOrder(_root);
		std::cout << std::endl;
	}
	void InOrder_Non_R()
	{
		std::stack<Node_p> s;
		Node_p cur = _root;

		while (cur || !s.empty() ){
			while (cur){
				s.push(cur);
				cur = cur->_left;
			}
			Node_p tmp=s.top();
			s.pop();
			std::cout << tmp->_key<<"	";
			cur = tmp->_right;
		}
		std::cout << std::endl;
	}
	bool Is_Balance()
	{}
private:
	void _Insert(Node_p cur,K& key)
	{
		Node_p tmp = new Node(key);
		if (key < cur->_key){
			cur->_left = tmp;
		}
		else{
			cur->_right = tmp;
		}
		tmp->_parent = cur;
	}
	//左旋
	void _RotateL(Node_p parent)
	{
		Node_p subR = parent->_right;
		Node_p subRL = subR->_left;
		parent->_right = subRL;
		if (subRL)
			subRL->_parent = parent;

		subR->_left = parent;
		Node_p ppNode = parent->_parent;
		parent->_parent = subR;
		
		if (ppNode){
			if (ppNode->_left == parent)
				ppNode->_left = subR;
			else
				ppNode->_right = subR;
			subR->_parent = ppNode;
		}
		else{
			_root = subR;
			subR->_parent = NULL;
		}
	}
	//右旋
	void _RotateR(Node_p parent)
	{
		Node_p subL = parent->_left;
		Node_p subLR = subL->_right;
		parent->_left = subLR;
		if (subLR)
			subLR->_parent = parent;

		Node_p ppNode = parent->_parent;
		subL->_right = parent;
		parent->_parent = subL;

		if (ppNode){
			if (ppNode->_left == parent)
				ppNode->_left = subL;
			else
				ppNode->_right = subL;
			subL->_parent = ppNode;
		}
		else{
			_root = subL;
			subL->_parent = NULL;
		}
	}
	void _InOrder(Node_p root)
	{
		if (root == NULL)
			return;

		_InOrder(root->_left);
		std::cout << root->_key << "	";
		_InOrder(root->_right);
	}
protected:
	Node_p _root;
	size_t _node_count;//记录结点数量
};
#endif

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