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[C++知识库]268-C++ 红黑树RBTree

在这里插入图片描述
最下面的黑色节点是哨兵节点
通常面试的时候都不给出头节点,有头节点会使红黑树变的更加容易
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
红黑树能不能给出三种颜色?就相当于是AVL树,AVL树是三种状态

RB树只要求是大致平衡的,不想AVL树是完全平衡的

下面两个图是等价的,所有路径都包含相同数目的黑色节点
在这里插入图片描述
每次新建节点的默认颜色都是红色

typedef enum {RED = 0,BLACK = 1}ColorType;
typedef int KeyType;
typedef struct rb_node
{
    rb_node* leftchild;
    rb_node* parent;
    rb_node* rightchild;
    ColorType color;
    KeyType key;
}rb_node,*RBTree;
rb_node* BuyNode();
static rb_node* Nil = BuyNode();//哨兵节点
rb_node* BuyNode()
{
    rb_node* s = (rb_node*)malloc(sizeof(rb_node));
    if (nullptr == s) exit(1);
    memset(s, 0, sizeof(rb_node));
    s->leftchild = Nil;//指向哨兵节点
    s->rightchild = Nil;//指向哨兵节点
    s->color = RED;
    return s;
}
rb_node* MakeRoot(KeyType kx)
{
    rb_node* root = BuyNode();
    root->color = BLACK;
    root->key = kx;
    return root;
}
//左单旋
void RotateLeft(rb_node*& tree, rb_node* ptr)
{
    rb_node* newroot = ptr->rightchild;
    newroot->parent = ptr->parent;
    ptr->rightchild = newroot->leftchild;//1
    if (newroot->leftchild != nullptr)
    {
        newroot->leftchild->parent = ptr;//2
    }
    newroot->leftchild = ptr;
    if (ptr == tree)
    {
        tree = newroot;
    }
    else
    {
        if (ptr->parent->leftchild == ptr)
        {
            ptr->parent->leftchild = newroot;
        }
        else
        {
            ptr->parent->rightchild = newroot;
        }
    }
    ptr->parent = newroot;//3
}
//右单旋
void RotateRight(rb_node*& tree, rb_node* ptr)
{
    rb_node* newroot = ptr->leftchild;//1
    newroot->parent = ptr->parent;//newroot的双亲更新a
    ptr->leftchild = newroot->rightchild;//2 ptr左孩子更新
    if (newroot->rightchild != nullptr)
    {
        newroot->rightchild->parent = ptr;//newroot右孩子的双亲更新b
    }
    newroot->rightchild = ptr;//newroot右孩子更新3
    if (ptr == tree)//如果我本身是根
    {
        tree = newroot;//更新根
    }
    else
    {
        if (ptr->parent->leftchild == ptr)
        {
            ptr->parent->leftchild = newroot;
        }
        else
        {
            ptr->parent->rightchild = newroot;
        }
    }
    ptr->parent = newroot;//ptr双亲更新c
}
void PassRBTree(rb_node*& tree, rb_node* p)
{
    rb_node* _X = nullptr;
    for (; p != tree && p->parent->color == RED;)//p!=tree说明有双亲
    {
        if (p->parent->parent->rightchild == p->parent)//p在p爷爷的右边
        {
            _X = p->parent->parent->leftchild;
            if (_X->color == RED)//p爷爷的左孩子是红色,按照两个图等价交换颜色即可
            {
                _X->color = BLACK;
                p->parent->color = BLACK;
                p->parent->parent->color = RED;
                p = p->parent->parent;
            }
            else//p爷爷的左孩子是黑色,只能旋转了
            {//if条件满足,先右旋再左旋,不满足,就左旋
                if (p->parent->leftchild == p)//p在p爷爷的右边,但是p在p双亲的左边,是一个折线
                {
                    p = p->parent;
                    RotateRight(tree, p);
                }
                p->parent->color = BLACK;//p双亲的颜色变成黑
                p->parent->parent->color = RED;//p爷爷的颜色变成红,
                //就形成了红黑红的形式,然后以黑作为根,将第一个红左单旋转下来
                RotateLeft(tree, p->parent->parent);//左单旋
            }
        } 
        else//pa在p双亲的双亲的左边
        {
            _X = p->parent->parent->rightchild;
            if (_X->color == RED)//p爷爷的右孩子是红色,按照两个图等价交换颜色即可
            {
                _X->color = BLACK;
                p->parent->color = BLACK;
                p->parent->parent->color = RED;
                p = p->parent->parent;
            }
            else//p爷爷的左孩子是黑色,只能旋转了
            {//if条件满足,先左旋再右旋,不满足,就右旋
                if (p->parent->rightchild == p)//p在p爷爷的左边,但是p在p双亲的右边,是一个折线
                {
                    p = p->parent;
                    RotateRight(tree, p);
                }
                p->parent->color = BLACK;//p双亲的颜色变成黑
                p->parent->parent->color = RED;//p爷爷的颜色变成红,
                //就形成了红黑红的形式,然后以黑作为根,将第一个红左单旋转下来
                RotateRight(tree, p->parent->parent);//右单旋
            }
        }
    }
    tree->color = BLACK;//退出以后保证根是黑色
}
bool Insert(rb_node*& tree, KeyType kx)
{
    if (tree == nullptr)
    {
        tree = MakeRoot(kx);
        return true;
    }
    rb_node* pa = nullptr;
    rb_node* p = tree;
    while (p != nullptr && p->key != kx)
    {
        pa = p;
        p = kx < p->key ? p->leftchild : p->rightchild;
    }
    if (p != nullptr && p->key == kx)return false;//如果数据重复的话,返回false
    p = BuyNode();
    p->key = kx;
    p->parent = pa;
    if (kx < pa->key)
    {
        pa->leftchild = p;
    }
    else
    {
        pa->rightchild = p;
    }
    PassRBTree(tree, p);
    return true;
}
int main()
{
    int ar[] = { 16,3,7,11,9,26,18,14,15 };
    AVLTree root = nullptr;
    for (auto& x : ar)
    {
        cout << Insert(root, x) << endl;
    }
    InOrder(root);
    cout << endl;
    return 0;
}
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