【高阶数据结构】封装Map和Set

简介: 【高阶数据结构】封装Map和Set

一. 红黑树源码


虽然 set 参数只有 key,但是介于 map 除了 key 还有 value;我们任然将对一棵KV模型的红黑树进行封装,


//枚举颜色
enum  Colour
{
  RED,
  BLACK
};
template<class K, class V>
struct RBTreeNode
{
  RBTreeNode<K, V>* _left;//三叉链
  RBTreeNode<K, V>* _right;
  RBTreeNode<K, V>* _parent;
  pair<K, V> _kv;//存储键值对
  Colour _col;//节点颜色
  RBTreeNode(const pair<K, V>& kv)
  :_left(nullptr)
  , _right(nullptr)
  , _parent(nullptr)
  , _kv(kv)
  , _col(RED)
  {}
};
template<class K, class V>
struct RBTree
{
  typedef RBTreeNode<K, V> Node;
public:
  //如果是空树,则插入节点作为root节点
  bool Insert(const pair<K, V>& kv)
  {
  if (_root == nullptr)
  {
    _root = new Node(kv);
    _root->_col = BLACK;//根节点必须是黑色
    return true; //插入成功
  }
  //按二叉搜索树的插入方法,找到待插入位置
  Node* cur = _root;
  Node* parent = nullptr;
  while (cur)
  {
    if (kv.first > cur->_kv.first)//待插入结点的key值大于当前结点的key值
    {
    //往节点的右子树走
    parent = cur;
    cur = cur->_right;
    }
    else if (kv.first < cur->_kv.first)//待插入结点的key值小于当前结点的key值
    {
    //往节点的左子树走
    parent = cur;
    cur = cur->_left;
    }
    else//插入的值等于当前的节点,返回失败
    {
    return false;
    }
  }
  //将节点链接到树上
  cur = new Node(kv);//构造节点 
  cur->_col = RED;
  if (kv.first < parent->_kv.first)  //判断链接左还是右?
  {
    //插入到左边
    parent->_left = cur;
    cur->_parent = parent;
  }
  else if (kv.first > parent->_kv.first)
  {
    //插入到右边
    parent->_right = cur;
    cur->_parent = parent;
  }
  //如果插入节点的父节点是红色的,则需要对红黑树进行操作
  while (parent && parent->_col == RED)
  {
    Node* grandfather = parent->_parent;
    assert(grandfather);
    assert(grandfather->_col == BLACK);
    //关键看叔叔  ~ 判断叔叔的位置
    if (parent == grandfather->_left)
    {
    Node* uncle = grandfather->_right;
    //情况1:uncle存在且为红  + 继续往上处理
    if (uncle && uncle->_col == RED)
    {
      //变色:p和u变黑,g变红
      parent->_col = uncle->_col = BLACK;
      grandfather->_col = RED;
      //继续往上调整
      cur = grandfather;
      parent = cur->_parent;
    }
    else  //情况2 + 情况3:uncle不存在 + uncle存在且为黑
    {
      //情况二:单旋 + 变色
      //    g
      //  p   u
      //c            
      if (cur = parent->_left)
      {
      RotateR(grandfather);//右旋
      //颜色调整
      parent->_col = BLACK;
      grandfather->_col = RED;
      }
      else//cur == parent->_right
      {
      //情况三:左右双旋 + 变色
      //    g
      //  p   u
      //    c 
      RotateL(parent);
      RotateR(grandfather);
      //调整颜色
      cur->_col = BLACK;
      grandfather->_col = RED;
      }
      break;
    }
    }
    else  //parent == grandfather->_right
    {
    Node* uncle = grandfather->_left;
    //情况1:uncle存在且为红 + 继续往上处理
    if (uncle && uncle->_col == RED)
    {
      //变色:p和u变黑,g变红
      parent->_col = uncle->_col = BLACK;
      grandfather->_col = RED;
      //继续往上调整
      cur = grandfather;
      parent = cur->_parent;
    }
    else  //情况2 + 情况3:uncle不存在 + uncle存在且为黑
    {
      //情况二:单旋 + 变色
      //    g
      //  u   p
      //        c            
      if (cur = parent->_right)
      {
      RotateL(grandfather);//左单 旋
      //颜色调整
      parent->_col = BLACK;
      grandfather->_col = RED;
      }
      else//cur == parent->_left
      {
      //情况三:右左双旋 + 变色
      //    g
      //  u   p
      //    c 
      RotateR(parent);
      RotateL(grandfather);
      //调整颜色
      cur->_col = BLACK;
      grandfather->_col = RED;
      }
      break;
    }
    }
  }
  _root->_col = BLACK;//不管什么,最后根要变黑
  return true;
  }
  void InOrder()
  {
  _InOrder(_root);
  cout << endl;
  }
  bool IsBalance()
  {
  if (_root == nullptr)
  {
    return true;
  }
  if (_root->_col == RED)
  {
    cout << "根节点不是黑色" << endl;
    return false;
  }
  // 黑色节点数量基准值
  int benchmark = 0;
  Node* cur = _root;
  while (cur)
  {
    if (cur->_col == BLACK)
    ++benchmark;
    cur = cur->_left;//以最左的路径进行
  }
  return PrevCheck(_root, 0, benchmark);
  }
private:
  bool PrevCheck(Node* root, int blackNum, int& benchmark)
  {
  if (root == nullptr)
  {
    //cout << blackNum << endl;
    //return;
    if (benchmark == 0)
    {
    benchmark = blackNum;
    return true;
    }
    if (blackNum != benchmark)
    {
    cout << "某条黑色节点的数量不相等" << endl;
    return false;
    }
    else
    {
    return true;
    }
  }
  if (root->_col == BLACK)
  {
    ++blackNum;
  }
  //检测它的父亲
  if (root->_col == RED && root->_parent->_col == RED)
  {
    cout << "存在连续的红色节点" << endl;
    return false;
  }
  return PrevCheck(root->_left, blackNum, benchmark)
    && PrevCheck(root->_right, blackNum, benchmark);
  }
  void _InOrder(Node* root)
  {
  if (root == nullptr)//空树也是红黑树
    return;
  _InOrder(root->_left);
  cout << root->_kv.first << ":" << root->_kv.second << endl;
  _InOrder(root->_right);
  }
  //左单旋
  void RotateL(Node* parent)
  {
  Node* subR = parent->_right;
  Node* subRL = subR->_left;
  Node* parentParent = parent->_parent;
  //建立subRL与parent之间的联系
  parent->_right = subRL;
  if (subRL)
    subRL->_parent = parent;
  //建立parent与subR之间的联系
  subR->_left = parent;
  parent->_parent = subR;
  //建立subR与parentParent之间的联系
  if (parentParent == nullptr)
  {
    _root = subR;
    _root->_parent = nullptr;
  }
  else
  {
    if (parent == parentParent->_left)
    {
    parentParent->_left = subR;
    }
    else
    {
    parentParent->_right = subR;
    }
    subR->_parent = parentParent;
  }
  }
  //右单旋
  void RotateR(Node* parent)
  {
  Node* subL = parent->_left;
  Node* subLR = subL->_right;
  Node* parentParent = parent->_parent;
  //建立subLR与parent之间的联系
  parent->_left = subLR;
  if (subLR)
    subLR->_parent = parent;
  //建立parent与subL之间的联系
  subL->_right = parent;
  parent->_parent = subL;
  //建立subL与parentParent之间的联系
  if (parentParent == nullptr)
  {
    _root = subL;
    _root->_parent = nullptr;
  }
  else
  {
    if (parent == parentParent->_left)
    {
    parentParent->_left = subL;
    }
    else
    {
    parentParent->_right = subL;
    }
    subL->_parent = parentParent;
  }
  }
  //左右双旋
  void RotateLR(Node* parent)
  {
  RotateL(parent->_left);
  RotateR(parent);
  }
  //右左双旋
  void RotateRL(Node* parent)
  {
  RotateR(parent->_right);
  RotateL(parent);
  }
private:
  Node* _root = nullptr;
};


二. 观察源码


🥑底层RBTree的结构


RBTree是根据传的Value的值来判断是什么类型,也就是一棵泛型的RBTree,通过不同的实例化,实现出了Map和Set(传Key就是Set,传pair就是Map)


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🥑底层的Key和Map


可见set传的是Key,Map传的是pair


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二. 参数的适配


为了实现泛型RBTree,对此我们将红黑树第二个模板参数的名字改为T,让自动识别是map还是set


template<class K, class T>

struct RBTree


T模板参数可能只是键值Key,也可能是由Key和Value共同构成的键值对。如果是set容器,那么它传入底层红黑树的模板参数就是Key和Key:


template<class K>
class set
{
public:
  //...
private:
  RBTree<K, K> _t;
};


但如果是map容器,那么它传入底层红黑树的模板参数就是Key以及Key和Value构成的键值对:


template<class K, class V>
class map
{
public:
  //...
private:
  RBTree<K, pair<K, V>> _t;
};


那么问题来了:如果只看T的判断的话,是不是可以只保留第二个模板参数呢?


1️⃣对于Insert来说确实是这样的,因为此时红黑树的第二个模板参数当中也是有键值Key的,但是Key实际上是不可以省略的!


2️⃣对于set容器来说,省略红黑树的第一个参数当然没问题,因为set传入红黑树的第二个参数与第一个参数是一样的。但是对于map容器来说就不行了,因为map容器所提供的接口当中有些是只要求给出键值Key的,比如find和erase


三. 数据的存储


红黑树的模板参数变成了K和T,那节点存的是什么呢?

看了源码得知


set容器:K和T都代表键值Key

map容器:K代表键值Key,T代表由Key和Value构成的键值对

对于set容器来说,底层红黑树结点当中存储K和T都是一样的,但是对于map容器来说,底层红黑树就只能存储T了。由于底层红黑树并不知道上层容器到底是map还是set,因此红黑树的结点当中直接存储T就行了


这样一来就可以实现泛型树了,当上层容器是set的时候,结点当中存储的是键值Key;当上层容器是map的时候,结点当中存储的就是<Key, Value>键值对


0a2653c851af460fa595bd959398a8f1.png


template<class T>
struct RBTreeNode
{
  RBTreeNode<K, V>* _left;//三叉链
  RBTreeNode<K, V>* _right;
  RBTreeNode<K, V>* _parent;
  T _data;//存储的数据
  Colour _col;//节点颜色
  RBTreeNode(const pair<K, V>& kv)
  :_left(nullptr)
  , _right(nullptr)
  , _parent(nullptr)
  , _data(data)
  , _col(RED)
  {}
};


四. 仿函数的支持


那我们插入比较的时候用data去比较吗?


对于set而言是Key,可以比较

但是对于map是pair,那我们要取其中的first来比较,但是我们能取first吗?

这个地方的data有可能是map;也有可能是set

那就只能我们自己实现一个仿函数了,如果是map那就是用于获取T当中的键值Key,当红黑树比较的时候就是仿函数去获取


仿函数,就是使一个类的使用看上去像一个函数。其实现就是类中实现一个operator(),这个类就有了类似函数的行为,就是一个仿函数类了


template<class K, class V>
class map
{
  struct MapKeyOfT
  {
  const K& operator()(const pair<K, V>& kv)
  {
    return kv.first;
  }
  }
private:
  RBTree<K, pair<K, V>, MapKeyOfT> _t;
};


底层的红黑树不知道上层传的是map还是set,因此当需要进行两个结点键值的比较时,底层红黑树都会通过传入的仿函数来获取键值Key,进而进行两个结点键值的比较


set的仿函数不可缺


template<class K>
class set
{
  struct SetKeyOfT
  {
  const K& operator()(const K& key)
  {
    return key;
  }
  }
private:
  RBTree<K, K, SetKeyOfT> _t;


所以set容器传入底层红黑树的就是set的仿函数,map容器传入底层红黑树的就是map的仿函数


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//查找函数
Node* Find(const K& key)
{
  Node* cur = _root;
  Node* parent = nullptr;
  while (cur)
  {
  if (kot(data) > kot(cur->_data))//待插入结点的key值大于当前结点的key值
  {
    //往节点的右子树走
    parent = cur;
    cur = cur->_right;
  }
  else if (kot(data) < kot(cur->_data))//待插入结点的key值小于当前结点的key值
  {
    //往节点的左子树走
    parent = cur;
    cur = cur->_left;
  }
  else//插入的值等于当前的节点,返回失败
  {
    return false;
  }
  }


注意:


1️⃣所有进行节点键值比较的地方,均需要通过仿函数获取对应节点的键值后再进行键值的比较

2️⃣map和set的底层是一棵泛型红黑树实例化而来,实际上不是同一棵红黑树


五. 迭代器实现


🎨正向迭代器


红黑树的正向迭代器实际上就是对结点指针进行了封装,因此在正向迭代器当中实际上就只有一个成员变量,那就是结点的指针!


//正向迭代器
template<class T, class Ref, class Ptr>
struct __RBTreeIterator
{
  typedef RBTreeNode<T> Node;//节点类型
  typedef __RBTreeIterator<T, Ref, Ptr> Self;//正向迭代器类型
  Node* _node;//封装节点的指针
}


通过一个节点的指针就可以封装出迭代器!


__RBTreeIterator(Node* node)
  :_node(node)
{}


当我们对正向迭代器进行解引用操作时,我们直接返回对应结点数据的引用即可


Ref operator*()
{
  return _node->_data;//返回节点数据的引用
}


以及成员访问操作符 ->:


Ptr operator->()
{
  return &_node->_data;//返回节点数据的指针
}


当然,正向迭代器当中至少还需要重载==和!=运算符,实现时直接判断两个迭代器所封装的结点是否是同一个即可


bool operator!=(const Self& s) const
{
  return _node != s._node//判断两个正向迭代器所封装的结点是否是同一个
}
bool operator==(const Self& s) const
{
  return _node == s._node//同上
}


重头戏才刚刚开始!真正的难点实际上++和--运算符的重载


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一个结点的正向迭代器进行++操作后,应该根据红黑树中序遍历的序列找到当前结点的下一个结点


具体思路如下:


当前节点的右子树不为空,++就是找 右子树中序的第一个(最左节点)

如果节点的右子树为空,++就是找到 孩子在祖先左边的祖先

Self& operator++()
{
  if (_node->_right)
  {
  //寻找该节点右子树中的最左节点
  Node* left = _node->_right;
  while (left->_left)
  {
    left = left->_left;
  }
  _node = left;//给给变成该节点
  }
  else
  {
  //找孩子在祖先左边的祖先
  Node* parent = _node->_parent;
  Node* cur = _node;
  while (parent && cur == parent->_right) //判断parent不为空,空就崩了
  {
    cur = cur->_parent;
    parent = parent->_parent;
  }
  _node = parent;
  }
  return *this;
}


同理, -- 的逻辑是一样的:


当前节点的左子树不为空,--就是找 左子树中序的第一个(最右节点)

如果节点的左子树为空,--就是找到 孩子在祖先右边的祖先

Self& operator--()
{
  if (_node->_left)//结点的左子树不为空
  {
  //寻找该节点左子树中的最右节点
  Node* right = _node->_left;
  while (right->_right)
  {
    right = right->_right;
  }
  _node = right;//给给变成该节点
  }
  else//结点的左子树为空
  {
  //找孩子在祖先右边的祖先
  Node* parent = _node->_parent;
  Node* cur = _node;
  while (parent && cur == parent->_left) //判断parent不为空,空就崩了
  {
    cur = cur->_parent;
    parent = parent->_parent;
  }
  _node = parent;
  }
  return *this;
}


我们实现迭代器的时候会将迭代器类型进行 typedef 方便调用,完事了不要忘了迭代器还有两个成员函数 begin() 和 end() ;


begin() 返回中序序列当中第一个结点的正向迭代器,即最左节点

end ()返回中序序列当中最后一个结点下一个位置的正向迭代器,这里直接用空指针构造一个正向迭代器(不严谨的处理)

template<class K, class T, class KeyOfT>
struct RBTree
{
  typedef RBTreeNode<T> Node;
public:
  typedef __RBTreeIterator<T, T&, T*> iterator;//正向迭代器
  iterator begin()
  {
  //寻找最左节点
  Node* left = _root;
  while (left && left->_left)
  {
    left = left->_left;
  }
  //返回最左结点的正向迭代器
  return iterator(left);
  }
  iterator end()
  {
  //返回空节点的迭代器
  return iterator(nullptr);
  }
}


实际上,上述所实现的迭代器是有缺陷的,因为理论上我们对end()位置的正向迭代器进行–操作后,应该得到最后一个结点的正向迭代器,但我们实现end()时,是直接返回由nullptr构造得到的正向迭代器的,因此上述实现的代码无法完成此操作


所以我们不妨看看 C++ STL 库的实现逻辑


库里面是采用了类似双向链表的处理,给整个红黑树造了一个哨兵位节点,该节点左边指向最小的最左节点,右边指向最大的右节点,同时还有一个非常 bug 的设计就是这里哨兵位节点 header 的红黑树头结点之间的 parent 相互指向


在该结构下,实现 begin() 时,直接用头结点的左孩子构造一个正向迭代器即可,实现 rbegin() 时,直接用头结点的右孩子构造一个反向迭代器即可,严谨的过程是先构造正向迭代器,再用正向迭代器构造反向迭代器,end() 和 rend() 此时就不需要什么 nullptr 了,直接有头结点(哨兵位)进行迭代器构造即可,这样就能完成一个逻辑完整的迭代器了


🎨反向迭代器


上面得知:反向迭代器的严谨构造过程是用正向迭代器进行封装,我们可以将


template<class Iterator>//迭代器适配器
struct ReverseIterator
{
  typedef ReverseIterator<Iterator> Self; //反向迭代器
  typedef typename Iterator::reference Ref; //指针的引用
  typedef typename Iterator::pointer Ptr; //结点指针
  Iterator _it; //反向迭代器封装的正向迭代器
  //构造函数
  ReverseIterator(Iterator it)
  :_it(it) //根据所给正向迭代器构造一个反向迭代器
  {}
  Ref operator*()
  {
  return *_it; //调用正向迭代器的operator*返回引用
  }
  Ptr operator->()
  {
  return _it.operator->(); //调用正向迭代器的operator->返回指针
  }
  Self& operator++() //前置++
  {
  --_it; //调用正向迭代器的前置--
  return *this;
  }
  //前置--
  Self& operator--()
  {
  ++_it; //调用正向迭代器的前置++
  return *this;
  }
  bool operator!=(const Self& s) const
  {
  return _it != s._it; 
  }
  bool operator==(const Self& s) const
  {
  return _it == s._it; 
  }
};


Set的实现

都是接上红黑树的接口即可


namespace ljj
{
  template<class K>
  class set
  {
  struct SetKeyOfT
  {
    const K& operator()(const K& key)
    {
    return key;
    }
  };
  public:
  //typename告诉编译器这一大坨是类型,不是静态变量
  typedef typename RBTree<K, K, SetKeyOfT>::iterator iterator;
  iterator begin()
  {
    return _t.begin();
  }
  iterator end()
  {
    return _t.end();
  }
  pair<iterator, bool> insert(const K& key)
  {
    return _t.Insert(key);//调用红黑树的insert
  }
  private:
  RBTree<K, K, SetKeyOfT> _t;
  };
}


Map的实现

map 也和 set 同理,复用红黑树的底层接口实现,此外还需要实现 [] 运算符的重载:


template<class K, class V>
class map
{
  struct MapKeyOfT
  {
  const K& operator()(const pair<K, V>& kv)
  {
    return kv.first;
  }
  };
public:
  //typename告诉编译器这一大坨是类型,不是静态变量
  typedef typename RBTree<K, pair<K, V>, MapKeyOfT>::iterator iterator;
  iterator begin()
  {
  return _t.begin();
  }
  iterator end()
  {
  return _t.end();
  }
  pair<iterator, bool> insert(const pair<K, V>& kv)
  {
  return _t.Insert(kv);//调用红黑树的insert
  }
  //【】的底层调用就是Insert
  V& operator[](const K& key)
  {
  pair<iterator, bool> ret = Insert(make_pair(K, V()));//插入成功就是当前的迭代器,失败就是之前的迭代器
  return ret.first->second;
  }
private:
  RBTree<K, pair<K, V>, MapKeyOfT> _t;
};


红黑树的代码

//枚举颜色
enum  Colour
{
  RED,
  BLACK
};
template<class T>
struct RBTreeNode
{
  RBTreeNode<T>* _left;//三叉链
  RBTreeNode<T>* _right;
  RBTreeNode<T>* _parent;
  //pair<K, V> _kv;//存储键值对
  T _data;
  Colour _col;//节点颜色
  RBTreeNode(const T& data)
  :_left(nullptr)
  , _right(nullptr)
  , _parent(nullptr)
  , _data(data)
  , _col(RED)
  {}
};
//正向迭代器
template<class T, class Ref, class Ptr>
struct __RBTreeIterator
{
  typedef RBTreeNode<T> Node;//节点类型
  typedef __RBTreeIterator<T, Ref, Ptr> Self;//正向迭代器类型
  Node* _node;//封装节点的指针
  __RBTreeIterator(Node* node)
  :_node(node)
  {}
  Ref operator*()
  {
  return _node->_data;//返回节点数据的引用
  }
  Ptr operator->()
  {
  return &_node->_data;//返回节点数据的指针
  }
  bool operator!=(const Self& s) const
  {
  return _node != s._node;//判断两个正向迭代器所封装的结点是否是同一个
  }
  bool operator==(const Self& s) const
  {
  return _node == s._node;//同上
  }
  Self& operator++()
  {
  if (_node->_right)
  {
    //寻找该节点右子树中的最左节点
    Node* left = _node->_right;
    while (left->_left)
    {
    left = left->_left;
    }
    _node = left;//给给变成该节点
  }
  else
  {
    //找孩子在祖先左边的祖先
    Node* parent = _node->_parent;
    Node* cur = _node;
    while (parent && cur == parent->_right) //判断parent不为空,空就崩了
    {
    cur = cur->_parent;
    parent = parent->_parent;
    }
    _node = parent;
  }
  return *this;
  }
  Self& operator--()
  {
  if (_node->_left)//结点的左子树不为空
  {
    //寻找该节点左子树中的最右节点
    Node* right = _node->_left;
    while (right->_right)
    {
    right = right->_right;
    }
    _node = right;//给给变成该节点
  }
  else//结点的左子树为空
  {
    //找孩子在祖先右边的祖先
    Node* parent = _node->_parent;
    Node* cur = _node;
    while (parent && cur == parent->_left) //判断parent不为空,空就崩了
    {
    cur = cur->_parent;
    parent = parent->_parent;
    }
    _node = parent;
  }
  return *this;
  }
};
template<class K, class T, class KeyOfT>
struct RBTree
{
  typedef RBTreeNode<T> Node;
public:
  typedef __RBTreeIterator<T, T&, T*> iterator;//正向迭代器
  iterator begin()
  {
  //寻找最左节点
  Node* left = _root;
  while (left && left->_left)
  {
    left = left->_left;
  }
  //返回最左结点的正向迭代器
  return iterator(left);
  }
  iterator end()
  {
  //返回空节点的迭代器
  return iterator(nullptr);
  }
  //如果是空树,则插入节点作为root节点
  pair<iterator, bool> Insert(const T& data)
  {
  KeyOfT kot;
  if (_root == nullptr)
  {
    _root = new Node(data);
    _root->_col = BLACK;//根节点必须是黑色
    return make_pair(iterator(_root), true); //插入成功
  }
  //按二叉搜索树的插入方法,找到待插入位置
  Node* cur = _root;
  Node* parent = nullptr;
  while (cur)
  {
    if (kot(data) > kot(cur->_data))//待插入结点的key值大于当前结点的key值
    {
    //往节点的右子树走
    parent = cur;
    cur = cur->_right;
    }
    else if (kot(data) < kot(cur->_data))//待插入结点的key值小于当前结点的key值
    {
    //往节点的左子树走
    parent = cur;
    cur = cur->_left;
    }
    else//插入的值等于当前的节点,返回失败
    {
    return make_pair(iterator(cur), false);
    }
  }
  //将节点链接到树上
  cur = new Node(data);//构造节点 
  Node* newnode = cur;
  cur->_col = RED;
  if (kot(data) < kot(parent->_data))  //判断链接左还是右?
  {
    //插入到左边
    parent->_left = cur;
    cur->_parent = parent;
  }
  else if (kot(data) > kot(parent->_data))
  {
    //插入到右边
    parent->_right = cur;
    cur->_parent = parent;
  }
  //如果插入节点的父节点是红色的,则需要对红黑树进行操作
  while (parent && parent->_col == RED)
  {
    Node* grandfather = parent->_parent;
    assert(grandfather);
    assert(grandfather->_col == BLACK);
    //关键看叔叔  ~ 判断叔叔的位置
    if (parent == grandfather->_left)
    {
    Node* uncle = grandfather->_right;
    //情况1:uncle存在且为红  + 继续往上处理
    if (uncle && uncle->_col == RED)
    {
      //变色:p和u变黑,g变红
      parent->_col = uncle->_col = BLACK;
      grandfather->_col = RED;
      //继续往上调整
      cur = grandfather;
      parent = cur->_parent;
    }
    else  //情况2 + 情况3:uncle不存在 + uncle存在且为黑
    {
      //情况二:单旋 + 变色
      //    g
      //  p   u
      //c            
      if (cur = parent->_left)
      {
      RotateR(grandfather);//右旋
      //颜色调整
      parent->_col = BLACK;
      grandfather->_col = RED;
      }
      else//cur == parent->_right
      {
      //情况三:左右双旋 + 变色
      //    g
      //  p   u
      //    c 
      RotateL(parent);
      RotateR(grandfather);
      //调整颜色
      cur->_col = BLACK;
      grandfather->_col = RED;
      }
      break;
    }
    }
    else  //parent == grandfather->_right
    {
    Node* uncle = grandfather->_left;
    //情况1:uncle存在且为红 + 继续往上处理
    if (uncle && uncle->_col == RED)
    {
      //变色:p和u变黑,g变红
      parent->_col = uncle->_col = BLACK;
      grandfather->_col = RED;
      //继续往上调整
      cur = grandfather;
      parent = cur->_parent;
    }
    else  //情况2 + 情况3:uncle不存在 + uncle存在且为黑
    {
      //情况二:单旋 + 变色
      //    g
      //  u   p
      //        c            
      if (cur = parent->_right)
      {
      RotateL(grandfather);//左单 旋
      //颜色调整
      parent->_col = BLACK;
      grandfather->_col = RED;
      }
      else//cur == parent->_left
      {
      //情况三:右左双旋 + 变色
      //    g
      //  u   p
      //    c 
      RotateR(parent);
      RotateL(grandfather);
      //调整颜色
      cur->_col = BLACK;
      grandfather->_col = RED;
      }
      break;
    }
    }
  }
  _root->_col = BLACK;//不管什么,最后根要变黑
  return make_pair(iterator(newnode), true);
  }
  void InOrder()
  {
  _InOrder(_root);
  cout << endl;
  }
  bool IsBalance()
  {
  if (_root == nullptr)
  {
    return true;
  }
  if (_root->_col == RED)
  {
    cout << "根节点不是黑色" << endl;
    return false;
  }
  // 黑色节点数量基准值
  int benchmark = 0;
  Node* cur = _root;
  while (cur)
  {
    if (cur->_col == BLACK)
    ++benchmark;
    cur = cur->_left;//以最左的路径进行
  }
  return PrevCheck(_root, 0, benchmark);
  }
private:
  bool PrevCheck(Node* root, int blackNum, int& benchmark)
  {
  if (root == nullptr)
  {
    //cout << blackNum << endl;
    //return;
    if (benchmark == 0)
    {
    benchmark = blackNum;
    return true;
    }
    if (blackNum != benchmark)
    {
    cout << "某条黑色节点的数量不相等" << endl;
    return false;
    }
    else
    {
    return true;
    }
  }
  if (root->_col == BLACK)
  {
    ++blackNum;
  }
  //检测它的父亲
  if (root->_col == RED && root->_parent->_col == RED)
  {
    cout << "存在连续的红色节点" << endl;
    return false;
  }
  return PrevCheck(root->_left, blackNum, benchmark)
    && PrevCheck(root->_right, blackNum, benchmark);
  }
  void _InOrder(Node* root)
  {
  if (root == nullptr)//空树也是红黑树
    return;
  _InOrder(root->_left);
  cout << root->_kv.first << ":" << root->_kv.second << endl;
  _InOrder(root->_right);
  }
  //左单旋
  void RotateL(Node* parent)
  {
  Node* subR = parent->_right;
  Node* subRL = subR->_left;
  Node* parentParent = parent->_parent;
  //建立subRL与parent之间的联系
  parent->_right = subRL;
  if (subRL)
    subRL->_parent = parent;
  //建立parent与subR之间的联系
  subR->_left = parent;
  parent->_parent = subR;
  //建立subR与parentParent之间的联系
  if (parentParent == nullptr)
  {
    _root = subR;
    _root->_parent = nullptr;
  }
  else
  {
    if (parent == parentParent->_left)
    {
    parentParent->_left = subR;
    }
    else
    {
    parentParent->_right = subR;
    }
    subR->_parent = parentParent;
  }
  }
  //右单旋
  void RotateR(Node* parent)
  {
  Node* subL = parent->_left;
  Node* subLR = subL->_right;
  Node* parentParent = parent->_parent;
  //建立subLR与parent之间的联系
  parent->_left = subLR;
  if (subLR)
    subLR->_parent = parent;
  //建立parent与subL之间的联系
  subL->_right = parent;
  parent->_parent = subL;
  //建立subL与parentParent之间的联系
  if (parentParent == nullptr)
  {
    _root = subL;
    _root->_parent = nullptr;
  }
  else
  {
    if (parent == parentParent->_left)
    {
    parentParent->_left = subL;
    }
    else
    {
    parentParent->_right = subL;
    }
    subL->_parent = parentParent;
  }
  }
  //左右双旋
  void RotateLR(Node* parent)
  {
  RotateL(parent->_left);
  RotateR(parent);
  }
  //右左双旋
  void RotateRL(Node* parent)
  {
  RotateR(parent->_right);
  RotateL(parent);
  }
private:
  Node* _root = nullptr;
};


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