kod źródłowy c++ drzewa czerwono czarne RBTree 0.00v


  1
  2
  3
  4
  5
  6
  7
  8
  9
 10
 11
 12
 13
 14
 15
 16
 17
 18
 19
 20
 21
 22
 23
 24
 25
 26
 27
 28
 29
 30
 31
 32
 33
 34
 35
 36
 37
 38
 39
 40
 41
 42
 43
 44
 45
 46
 47
 48
 49
 50
 51
 52
 53
 54
 55
 56
 57
 58
 59
 60
 61
 62
 63
 64
 65
 66
 67
 68
 69
 70
 71
 72
 73
 74
 75
 76
 77
 78
 79
 80
 81
 82
 83
 84
 85
 86
 87
 88
 89
 90
 91
 92
 93
 94
 95
 96
 97
 98
 99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412
413
414
415
416
417
418
419
420
421
422
423
424
425
426
427
428
429
430
431
432
433
434
435
436
437
438
439
440
441
442
443
444
445
446
447
448
449
450
451
452
453
454
455
456
457
458
459
460
461
462
463
464
465
466
467
468
469
470
471
472
473
474
475
476
477
478
479
480
481
482
483
484
485
486
487
488
489
490
491
492
493
494
495
496
497
498
499
500
501
502
503
504
505
506
507
508
509
510
511
512
513
514
515
516
517
518
519
520
521
522
523
524
525
526
527
528
529
530
531
532
533
534
535
536
537
538
539
540
541
542
543
544
545
546
547
548
549
550
551
552
553
554
555
556
557
558
559
560
561
562
563
564
565
566
567
568
569
570
571
572
573
574
575
576
577
578
579
580
581
582
583
584
585
586
587
588
589
590
591
592
593
594
595
596
597
598
599
600
601
602
603
604
605
606
607
608
609
610
611
612
613
614
615
616
617
618
619
620
621
622
623
624
625
626
627
628
629
630
631
632
633
634
635
636
637
638
639
640
641
642
643
644
645
646
647
648
649
650
651
652
653
654
655
656
657
658
659
660
661
662
663
664
665
666
667
668
669
670
671
672
673
674
675
676
677
678
679
680
681
682
683
684
685
686
687
688
689
690
691
692
693
694
695
696
697
698
699
700
701
702
703
704
705
706
707
708
709
710
711
712
713
714
715
716
717
718
719
720
721
722
723
724
725
726
727
728
729
730
731
732
733
734
735
736
737
738
739
740
741
742
743
744
745
746
747
748
749
750
751
752
753
754
755
756
757
758
759
760
761
762
763
764
765
766
767
768
769
770
771
772
773
774
775
776
777
778
779
780
781
782
783
784
785
786
787
788
789
790
791
792
793
794
795
796
797
798
799
800
801
802
803
804
805
806
807
808
809
810
811
812
813
814
815
816
817
818
819
820
821
#pragma once

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//
// RBTree, beta 0.00v
//
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////


/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// To jest kod open-source, jest jednak rozprowadzany na
// innej licencji niż typowe licencje open-source. Jeśli
// poniższa licencja Tobie nie odopowiada, to skasuj ten
// kod ze swojego komputera.
//
//
//
// Możesz ten kod pobrać z mojej strony internetowej, możesz go czytać
// możesz go używać nieodpłatnie w swoich programach, możesz go zmieniać,
// jednak pod kilkoma warunkami i w określonych poniżej ramach.
// 0) Zanim zaczniesz cokolwiek robić z wykorzystaniem tego kodu,
//    zapoznaj się z opisem. Niektóre (dobre) cechy tego kodu,
//    można łatwo uznać za błędy.
// 1) Możesz ten kod pobrać z mojej strony internetowej, nie możesz
//    rozprowadzać tego kodu ani w oryginalne, ani po zmianach, ani w
//    całości, ani we fragmentach, ani obcym, ani znajomym.
// 2) Jeśli rozprowadzasz wesję skompilowaną tego kodu, nie musisz
//    udostępniać źródła, ani mnie informować, ani nic płacic. Jeśli
//    jednak mnie poinformujesz, to zrobię Ci małą reklamę, napiszę
//    że Twój program korzysta z tego kodu, opublikuję Twój e-mail i
//    link do strony Twojego programu.
// 3) Jeśli będziesz publikował fragmenty kodu który rozumiany jako
//    całość w publikowanych lub w innych fragmetach wykorzystuje mój
//    kod, to musisz także opublikować link do mojej strony.
// 4) Jeśli w trakcie czytania lub używania znajdziesz błąd, musisz
//    natychmiast mnie o tym poinformować wysyłając wiadomość na e-mail
//    mmarszik@gmail.com
// 5) Jeśli w trakice czytania lub używania będziesz miał pomysł na
//    zwiększenie efektywności tego kodu, musisz mnie również
//    poinformować.
// 6) Jeśli z kodu usuniesz błędy lub przyspieszysz działanie, to
//    musisz wysłać mi wersję ulepszonego kodu, jednak bez Twojego
//    kodu specyficznego dla Twojej aplikacji.
// 7) Możesz kod dowolnie modyfikować w innym sensie niż punkt 6 i
//    wtedy nie musisz mnie, ani informować, ani nic mi wysyłać.
// 8) Jeśli dokonałeś drobnych zmian optymalizacyjnych, np. poprzez
//    odkomentowanie wersji RBTNode z polami bitowymi, lub przez
//    zastąpienie typu int, typem short, to proszę bądź tak łaskaw i
//    nie zaśmiecaj mi skrzynki e-mail ;-)
// 9) Jeśli rozszerzysz funkcjonalność tego kodu o operacje powszechnie
//    przydatne, np. o jakąś odmianę wyszukiwania, to nie musisz
//    mnie informować, ani przysyłać nowej wersji kodu, ale będę
//    Ci bardzo wdzięczny gdy to zrobisz. Zwróć uwagę, że ja cały kod
//    udostępniam za darmo nawet od zastosowań komercyjnych.
//10) Jeśli uznam Twoje zmiany w kodzie lub Twoje sugestie za ważne
//    to zamieszczę je na stronie na tej samej licencji lub na
//    jej nowszej wersji. Zamieszczę jednak w komentarzu, że przyczyniłeś
//    się do powstania fragmentów kodu, mogę np. podać Twój e-mail
//    lub adres Twojej strony www.
//11) Używasz tego kodu tylko i wyłącznie na WŁASNE RYZYKO, kod może
//    zawierać błędy, może np. skasować Ci wszystkie dane z wszystkich
//    komputerów w domu i w pracy - jest to jednak bardzo mało
//    prawdopodobne. Kod był testowany, w niektórych wersjach RBTree było
//    testowane kilkadziesiąt godzin i jak narazie żadne błedy nie zostały
//    wykryte.
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////


#include <QVector>
#include <QVarLengthArray>
#include <QTextStream>
#include <vector>

#define RBT_NULL ((CTNODE)0)


// Asercje wyłączone
#define EXCP( __expr__ )


// Kolroy węzłów
enum RBTColor {
    RBTC_RED,
    RBTC_BLACK,
};

// Zamiast trzech pól: left, right i parent, można dać
// tablicę trójelementową. Dzięki takiej tablicy można
// zmniejszyć rozmiar kodu. Niestety jeszcze nie zaimplementowane.
enum RBTLeaf {
    RBTL_RIGHT,
    RBTL_LEFT,
    RBTL_PARENT,
    RBTL_SIZE
};

// Sposób zachowania drzewa czerwono-czarnego. Przetestowane
// było tylko last, co jest zgodne z zachowaniem std::set i QMap.
enum RBTReplace {
    RBTR_NOT,        // Wstawiaj zwielokrotnione
    RBTR_FIRST,      // Pozostaw pierwszy gdy wstawia się takie same dane
    RBTR_LAST        // Pozostaw ostatni gdy wstawia się takie same dane
};


// Szablon węzła
template<class TD,class TNODE=int>
class RBTNode {
public:
    TD       data;      // dane w węźle
    TNODE    parent;    // rodzic
    TNODE    left;      // mniejszy
    TNODE    right;     // większy
    RBTColor color;     // kolor
};


/*
// W moich testach poniższa optymalizacja nie sprawdziła się.
// Prawdopodobnie procesor za dużo czasu tracił na wyłuskanie
// liczb z pól bitowych.
#pragma pack(push)
#pragma pack(1)
template<class TD,class TNODE=int>
class RBTNode {
public:
    TD       data;      // dane w węźle
    unsigned    parent:21;    // rodzic
    unsigned    left:21;      // mniejszy
    unsigned    right:21;     // większy
    unsigned    color:1;     // kolor
};
#pragma pack(pop)
*/

// Allocator bazujący na QVector
template<class TD,class TDF=TD,typename TNODE=int>
class RBTQVAllocator : public QVector< RBTNode<TD,TNODE> > {
public:
};

// Allocator bazujący na std::QVarLengthArray - raczej przydatne
// tylko do testów.
template<class TD,class TDF=TD,typename TNODE=int>
class RBTQADAllocator : public QVarLengthArray< RBTNode<TD,TNODE> > {
public:
};

// Allocator bazujący na std::vector - okazał się najszybszy w
// testach.
template<class TD,class TDF=TD,typename TNODE=int>
class RBTSVAllocator : public std::vector< RBTNode<TD,TNODE> > {
public:
    void operator += (const RBTNode<TD,TNODE> &node) {
        std::vector<RBTNode<TD,TNODE>>::push_back(node);
    }
    void remove(int i,int n=0) {
        std::vector<RBTNode<TD,TNODE>>::erase( std::vector<RBTNode<TD,TNODE>>::begin()+i , std::vector<RBTNode<TD,TNODE>>::begin()+i+n );
    }
    const RBTNode<TD,TNODE>* constData() const {
        return std::vector<RBTNode<TD,TNODE>>::data();
    }
    const RBTNode<TD,TNODE>& last() const {
        return std::vector<RBTNode<TD,TNODE>>::at( std::vector<RBTNode<TD,TNODE>>::size()-1 );
    }
    void removeLast() {
        std::vector<RBTNode<TD,TNODE>>::pop_back();
    }
    void squeeze() {
        std::vector<RBTNode<TD,TNODE>>::shrink_to_fit();
    }
};

/*
//#define RBT_SWAP( __x__ , __y__ )      \
//    {                                  \
//    const auto __swp__ = __x__;        \
//    __x__ = __y__;                     \
//    __y__ = __swp__;                   \
//    }
*/

// Drzewko działa trochę szybciej, gdy użyje się std::swap, zamiast
// powyższego kodu ze zmienną pomocniczą __swp__. Dlaczego? Nie
// mam pojęcia, może robi wstawkę asemblerową? Jednak std::swap nie
// działa na polach bitowych. Więc jak chcesz użyć wersji z RBTNode z
// polami bitowymi, to musisz odkomentować powyższą wersję
// RBT_SWAP, a tę zakomentować.
#define RBT_SWAP( __x__ , __y__ ) std::swap( __x__ , __y__ )

// Szablon drzewa czerwono-czarnego
// TD -        typ przechowywany w drzewie, dla tego typu muszą być
//             przedefiniowane operatory porównywania.
//
// TDF -       dodatkowy typ, może przydać sie do porównywania. Gdy
//             np. przechowujesz strukturę {x,y}, a porządwek wyznacza
//             tylko x, to niewygodne będzie każdorazowe podawanie
//             całej struktury {x,y} w metodach takich jak search lub
//             upperBound. Zamiast całej struktury, wygodniej jest podawać
//             tylko {x}. Aby to bylo możliwe, zdefiniuj TDF jako typ x.
//             Wiem, że klasyczne rozwiązanie tego problemu polega na
//             przechowywaniu dwóch tablic: jednej z x (jako klucz), drugiej y
//             jako wartość. Może w przyszłości przygotuję taką wersję
//             drzew czerwono-czarnych.
// TNODE -     gdy będziesz miał bardzo dużo małych drzew, to w celu
//
//             zaoszczędzenia pamięcy, zdefiniuj TNODE jako int8 lub int16 -
//             może dzięki temu Twój program przyspieszy, może dzięki temu
//             znieści się w pamięci.
//
// Allocator - możesz eksperymentować z różnymi allocatorami. Domyślnie
//             calość jest oparta na std::vector. Ale nic nie stoi
//             na przeszkodzie, abyś napisał swój Allocator, może dzięki
//             temu Twój program bedzie dzialał szybciej.
//
// LOOKUP -    eksperymentuj z tą wartością, aby nieznacznie przyspieszyć
//             metody search, lowerBound, upperBound. Dla typu unsigned
//             int, na moim komputerze, najszybsza była wartość 70. Dla
//             dużych struktur zapewne mniejsza wartość będzie dawała
//             lepsze wyniki.
template<class TD, typename TDF=TD, typename TNODE=int, typename Allocator=RBTSVAllocator<TD,TDF,TNODE>, int LOOKUP=70, RBTReplace REPLACE=RBTR_FIRST>
class RBTree {
public:
    typedef const TNODE CTNODE;
private:
    Allocator nodes;   // węzły
    TNODE     root;    // numer roota lub RBT_NULL gdy drzewo puste

private:

public:

    bool isEmpty() const { return root == RBT_NULL; }
    void clear() { nodes.remove( 1 , nodes.size()-1 ); root = RBT_NULL; }
    TNODE getRoot() const { return root; }
    TNODE size() const { return nodes.size()-1; }

    void squeeze() { nodes.squeeze(); }

    RBTree( CTNODE reserved = 32 ) {
        nodes.reserve(reserved);
        RBTNode<TD,TNODE> null;
        null.left  = null.right = null.parent = RBT_NULL;
        null.color = RBTC_BLACK;
        nodes += null;
        root = RBT_NULL;
    }

    TNODE rawInsert( const TD &data ) {
        RBTNode<TD,TNODE> node;               // węzeł do wstawienia
        node.data  = data;       // kopiujemy dane
        node.left  = RBT_NULL;   // liście nowego węzła zawsze wskazują na null
        node.right = RBT_NULL;   // ------------------||----------------------
        TNODE parent = RBT_NULL;
        {
            TNODE tmp = root;
            while( tmp != RBT_NULL ) {
                parent = tmp;
                if( data < nodes[tmp].data ) {
                    tmp = nodes[tmp].left;
                } else {
                    if( REPLACE == RBTR_FIRST && ! (nodes[tmp].data < data) ) { // nigdy nie było testowane
                        return -tmp;
                    }
                    if( REPLACE == RBTR_LAST && ! (nodes[tmp].data < data) ) { // nigdy nie było testowane
                        nodes[tmp].data = data;
                        return -tmp;
                    }
                    tmp = nodes[tmp].right;
                }
            }
        }
        node.parent = parent;
        if( parent == RBT_NULL ) {
            root = nodes.size();
            EXCP( root == 1 );
        } else if( data < nodes[parent].data ) {
            nodes[parent].left = nodes.size();
        } else {
            nodes[parent].right = nodes.size();
        }
        nodes += node;
        return nodes.size()-1;
    }

    // Używać tylko na niepustym drzewie if( ! isEmpty() )
    TNODE min( TNODE node ) const {
        EXCP( node < nodes.size() );
        EXCP( node > RBT_NULL );
        while( nodes[node].left != RBT_NULL ) {
            node = nodes[node].left;
            EXCP( node < nodes.size() );
            EXCP( node > RBT_NULL );
        }
        return node;
    }
    // Używać tylko na niepustym drzewie if( ! isEmpty() )
    TNODE min() const {
        return min(root);
    }

    // Używać tylko na niepustym drzewie if( ! isEmpty() )
    TNODE max( TNODE node ) const {
        EXCP( node < nodes.size() );
        EXCP( node > RBT_NULL );
        while( nodes[node].right != RBT_NULL ) {
            node = nodes[node].right;
            EXCP( node < nodes.size() );
            EXCP( node > RBT_NULL );
        }
        return node;
    }
    // Używać tylko na niepustym drzewie if( ! isEmpty() )
    TNODE max() const {
        return max(root);
    }

    // Używać tylko na niepustym drzewie if( ! isEmpty() )
    TNODE next( TNODE node ) const {
        EXCP( node < nodes.size() );
        EXCP( node > RBT_NULL );
        if( nodes[node].right != RBT_NULL )
            return min( nodes[node].right );
        TNODE parent = nodes[node].parent;
        while( parent != RBT_NULL && node == nodes[parent].right ) {
            node = parent;
            parent = nodes[parent].parent;
        }
        return parent;
    }

    // Używać tylko na niepustym drzewie if( ! isEmpty() )
    TNODE prev( TNODE node ) const {
        EXCP( node < nodes.size() );
        EXCP( node > RBT_NULL );
        if( nodes[node].left != RBT_NULL )
            return max( nodes[node].left );
        TNODE parent = nodes[node].parent;
        while( parent != RBT_NULL && node == nodes[parent].left ) {
            node = parent;
            parent = nodes[parent].parent;
        }
        return parent;
    }

    static bool isNull( CTNODE node ) {
        return node == RBT_NULL;
    }

    const TD& cData( CTNODE node ) const {
        EXCP( node < nodes.size() );
        EXCP( node > RBT_NULL );
        return nodes[node].data;
    }

    // Uwaga, zmiany danych mogą zaburzyć strukturę drzewa.
    // Nie zmieniaj danych tak, żeby zaburzyły porządek.
    // Bezpieczniej użyć cData.
    TD& data( CTNODE node ) {
        EXCP( node < nodes.size() );
        EXCP( node > RBT_NULL );
        return nodes[node].data;
    }

    // Używać tylko na niepustym drzewie if( ! isEmpty() )
    TNODE search( const TDF& data , TNODE node ) {
        EXCP( node < nodes.size() );
        EXCP( node > RBT_NULL );
        while( node != RBT_NULL && !(data == nodes[node].data) ) {
            if( data < nodes[node].data ) {
                node = nodes[node].left;
            } else {
                node = nodes[node].right;
            }
            EXCP( node < nodes.size() );
            EXCP( node >= RBT_NULL );
        }
        return node;
    }
    
    // Używać tylko na niepustym drzewie if( ! isEmpty() )
    TNODE search( const TDF& data ) {
        return search( data , root );
    }

    // Używać tylko na niepustym drzewie if( ! isEmpty() )
    TNODE upperBound( const TDF& data , TNODE node ) {
        EXCP( node < nodes.size() );
        EXCP( node > RBT_NULL );
        TNODE bound = RBT_NULL;
        while( node != RBT_NULL ) {
            if( data < nodes[node].data ) {
                if( bound == RBT_NULL || nodes[node].data < nodes[bound].data )
                    bound = node;
                node = nodes[node].left;
            } else {
                node = nodes[node].right;
            }
        }
        return bound;
    }
    TNODE upperBound( const TDF& data ) {
        return upperBound( data , root );
    }

    // Używać tylko na niepustym drzewie if( ! isEmpty() )
    TNODE lowerBound( const TDF& data , TNODE node ) {
        EXCP( node < nodes.size() );
        EXCP( node > RBT_NULL );
        TNODE bound = RBT_NULL;
        while( node != RBT_NULL ) {
            if( data <= nodes[node].data ) {
                if( bound == RBT_NULL || nodes[node].data < nodes[bound].data )
                    bound = node;
                node = nodes[node].left;
            } else {
                node = nodes[node].right;
            }
        }
        return bound;
    }

    // Używać tylko na niepustym drzewie if( ! isEmpty() )
    TNODE lowerBound( const TDF& data ) {
        return lowerBound( data, root );
    }

    // zwraca prawdę jeśli węzeł ma dwóch potomków
    bool twoChildren( CTNODE node ) const {
        EXCP( node < nodes.size() );
        EXCP( node > RBT_NULL );
        return nodes[node].left != RBT_NULL && nodes[node].right != RBT_NULL;
    }

    // Zwraca potomka który nie jest nullem, o ile węzeł ma takiego potomka
    TNODE notNullChild( CTNODE node ) const {
       return qMax( nodes[node].left , nodes[node].right ); // sztuczka: null jest zdefiniowane jako najmniejszy indeks
    }

    void removeFixup( TNODE p ) {
        while( p != root && nodes[p].color == RBTC_BLACK ) {
            if( p == nodes[nodes[p].parent].left ) {
                TNODE s = nodes[nodes[p].parent].right;
                if( nodes[s].color == RBTC_RED ) {
                    nodes[s].color = RBTC_BLACK;
                    nodes[nodes[p].parent].color = RBTC_RED;
                    rotateLeft(nodes[p].parent);
                    s = nodes[nodes[p].parent].right;
                }
                if( nodes[nodes[s].left].color == RBTC_BLACK && nodes[nodes[s].right].color == RBTC_BLACK ) {
                    nodes[s].color = RBTC_RED;
                    p = nodes[p].parent;
                } else {
                    if( nodes[nodes[s].right].color == RBTC_BLACK ) {
                        nodes[nodes[s].left].color = RBTC_BLACK;
                        nodes[s].color = RBTC_RED;
                        rotateRight( s );
                        s = nodes[nodes[p].parent].right;
                    }
                    nodes[s].color = nodes[nodes[p].parent].color;
                    nodes[nodes[p].parent].color = RBTC_BLACK;
                    nodes[nodes[s].right].color = RBTC_BLACK;
                    rotateLeft(nodes[p].parent);
                    p = root;
                }
            } else {
                TNODE s = nodes[nodes[p].parent].left;
                if( nodes[s].color == RBTC_RED ) {
                    nodes[s].color = RBTC_BLACK;
                    nodes[nodes[p].parent].color = RBTC_RED;
                    rotateRight(nodes[p].parent);
                    s = nodes[nodes[p].parent].left;
                }
                if( nodes[nodes[s].right].color == RBTC_BLACK && nodes[nodes[s].left].color == RBTC_BLACK ) {
                    nodes[s].color = RBTC_RED;
                    p = nodes[p].parent;
                } else {
                    if( nodes[nodes[s].left].color == RBTC_BLACK ) {
                        nodes[nodes[s].right].color = RBTC_BLACK;
                        nodes[s].color = RBTC_RED;
                        rotateLeft( s );
                        s = nodes[nodes[p].parent].left;
                    }
                    nodes[s].color = nodes[nodes[p].parent].color;
                    nodes[nodes[p].parent].color = RBTC_BLACK;
                    nodes[nodes[s].left].color = RBTC_BLACK;
                    rotateRight(nodes[p].parent);
                    p = root;
                }
            }
        }
        nodes[p].color = RBTC_BLACK;
    }

    void remove( CTNODE node ) {
        EXCP( node < nodes.size() );
        EXCP( node > RBT_NULL );

        CTNODE y = twoChildren(node) ? next(node) : node; // który węzeł naprawdę usunąć? (nigdy nie usuwamy węzła z dwoma potomkami)
        CTNODE x = notNullChild( y );                     // potomek węzła usuwanego lub null gdy węzeł usuwany potomków nie ma.

        nodes[x].parent = nodes[y].parent;                 // potomek bierze rodzica od węzła usuwanego

        if( y == root ) {
            root = x;
        } else if( y == nodes[ nodes[y].parent ].left ) {        // jeśli węzeł usuwany jest lewym potomkiem swojego rodzica
            nodes[ nodes[y].parent ].left = x;                   // to teraz lewym potomkiem rodzica będzie dziecko usuwango węzła
        } else {                                                 // a jeśli węzeł usuwany jest prawym potomkiem swojego rodzica
            EXCP( y == nodes[ nodes[y].parent ].right );
            nodes[ nodes[y].parent ].right = x;                  // to teraz prawym potomkiem rodzica będzie dziecko usuwango węzła
        }                                                        // teraz na nodes[del] nie wskazuje żaden węzeł.

        if( y != node ) {                        // jeśli usuwaliśmy inny węzeł niż zadany parametrem 'node', to
            nodes[node].data = nodes[y].data;    // z węzła usuniętego kopiujemy dane do tego który był zadany do usunięcia.
        }


        if( nodes[y].color == RBTC_BLACK ) {
            removeFixup( x );
        }


        // trzeba także usunąć węzeł z wektora. usuwamy poprzez kopiowanie
        // ostatniego elementu na element usuwany.
        if( y != nodes.size() - 1 ) {
            if( root == nodes.size() - 1 )
                root = y;
            nodes[y] = nodes.last();                         // kopiujemy ostatni element na usuwany
            CTNODE parent = nodes[ y ].parent;               // tylko skrót
            if( parent != RBT_NULL ) {
                if( nodes[ parent ].left == nodes.size()-1 ) {
                    nodes[ parent ].left = y;
                } else {
                    EXCP( nodes[ parent ].right == nodes.size()-1 );
                    nodes[ parent ].right = y;
                }
            }
//            if( nodes[y].left  != RBT_NULL )          // może lepiej zostawić tego ifa? dużo nie spowolni, a węzeł-null nie bedzie tknięty
                nodes[ nodes[y].left ].parent = y;
//            if( nodes[y].right != RBT_NULL )          // -------------------------------||-------------------------------------------------
                nodes[ nodes[y].right ].parent = y;
        }
        nodes.removeLast();                              // usuwamy ostatni
    }

    void rotateLeft( CTNODE x ) {
        CTNODE y = nodes[x].right;
        nodes[x].right = nodes[y].left;
        if( nodes[y].left != RBT_NULL )
            nodes[ nodes[y].left ].parent = x;
        if( y != RBT_NULL )
            nodes[y].parent = nodes[x].parent;
        if( x == root ) {
            root = y;
        } else if( x == nodes[ nodes[x].parent ].left ) {
            nodes[ nodes[x].parent ].left = y;
        } else {
            nodes[ nodes[x].parent ].right = y;
        }
        nodes[y].left = x;
        if( x != RBT_NULL )
            nodes[x].parent = y;
    }
    
    void rotateRight( CTNODE x ) {
        CTNODE y = nodes[x].left;
        nodes[x].left = nodes[y].right;
        if( nodes[y].right != RBT_NULL )
            nodes[ nodes[y].right ].parent = x;
        if( y != RBT_NULL )
            nodes[y].parent = nodes[x].parent;
        if( x != root ) {
            if( x == nodes[ nodes[x].parent ].left ) {
                nodes[ nodes[x].parent ].left = y;
            } else {
                nodes[ nodes[x].parent ].right = y;
            }
        } else {
            root = y;
        }
        nodes[y].right = x;
        if( x != RBT_NULL )
            nodes[x].parent = y;
    }


    TNODE insert( const TD& data ) {
        TNODE x = rawInsert( data );
        if( REPLACE && x < 0 )
            return -x;
        nodes[x].color = RBTC_RED;
        while( x != root && nodes[nodes[x].parent].color == RBTC_RED ) {
            if( nodes[x].parent == nodes[nodes[nodes[x].parent].parent].left ) {
                CTNODE y = nodes[nodes[nodes[x].parent].parent].right;
                if( nodes[y].color == RBTC_RED ) {
                    nodes[ nodes[x].parent ].color = RBTC_BLACK;
                    nodes[y].color = RBTC_BLACK;
                    nodes[ nodes[ nodes[x].parent ].parent ].color = RBTC_RED;
                    x = nodes[ nodes[x].parent ].parent;
                } else {
                    if( x == nodes[nodes[x].parent].right ) {
                        x = nodes[x].parent;
                        rotateLeft(x);
                    }
                    nodes[ nodes[x].parent ].color = RBTC_BLACK;
                    nodes[ nodes[ nodes[x].parent ].parent ].color = RBTC_RED;
                    rotateRight( nodes[ nodes[x].parent ].parent );
                }
            } else {
                CTNODE y = nodes[nodes[nodes[x].parent].parent].left;
                if( nodes[y].color == RBTC_RED ) {
                    nodes[ nodes[x].parent ].color = RBTC_BLACK;
                    nodes[y].color = RBTC_BLACK;
                    nodes[ nodes[ nodes[x].parent ].parent ].color = RBTC_RED;
                    x = nodes[ nodes[x].parent ].parent;
                } else {
                    if( x == nodes[nodes[x].parent].left ) {
                        x = nodes[x].parent;
                        rotateRight(x);
                    }
                    nodes[ nodes[x].parent ].color = RBTC_BLACK;
                    nodes[ nodes[ nodes[x].parent ].parent ].color = RBTC_RED;
                    rotateLeft( nodes[ nodes[x].parent ].parent );
                }
            }
        }
        nodes[root].color = RBTC_BLACK;
        return 0;
    }

    // Sortowanie danych, po posortowaniu można używać metod z przedrostkiem sortXXX, aż
    // do czasu modyfikacji danych.
    void sort() {
        for(TNODE node=min(), pos=RBT_NULL+1 ; !isNull(node) ; node=next(node), pos++ ) {
            if( node == pos )
                continue;

            std::swap( nodes[node] , nodes[pos] ); // zamień węzły

            if( nodes[node].parent == nodes[pos].parent ) { // bracia
                RBT_SWAP( nodes[nodes[node].parent].left , nodes[nodes[node].parent].right );
                if( nodes[node].left  != RBT_NULL ) nodes[nodes[node].left ].parent = node;
                if( nodes[node].right != RBT_NULL ) nodes[nodes[node].right].parent = node;
                if( nodes[pos ].left  != RBT_NULL ) nodes[nodes[pos ].left ].parent = pos ;
                if( nodes[pos ].right != RBT_NULL ) nodes[nodes[pos ].right].parent = pos ;
            } else if( nodes[node].parent == node ) { // syn i ojciec
                if( nodes[pos].left == pos ) {
                    RBT_SWAP( nodes[pos].left , nodes[node].parent );
                    if( nodes[pos ].right != RBT_NULL ) nodes[nodes[pos ].right].parent = pos ;
                } else {
                    RBT_SWAP( nodes[pos].right , nodes[node].parent );
                    if( nodes[pos].left != RBT_NULL ) nodes[nodes[pos].left].parent = pos ;
                }
                if( nodes[node].left  != RBT_NULL ) nodes[nodes[node].left ].parent = node;
                if( nodes[node].right != RBT_NULL ) nodes[nodes[node].right].parent = node;
                if( nodes[pos].parent != RBT_NULL ) {
                    if( nodes[ nodes[pos].parent ].left == node ) {
                        nodes[ nodes[pos].parent ].left = pos;
                    } else {
                        nodes[ nodes[pos].parent ].right = pos;
                    }
                }
            } else if( nodes[pos].parent == pos ) { // ojciec i syn
                if( nodes[node].left == node ) {
                    RBT_SWAP( nodes[node].left , nodes[pos].parent );
                    if( nodes[node].right != RBT_NULL ) nodes[nodes[node].right].parent = node ;
                } else {
                    RBT_SWAP( nodes[node].right , nodes[pos].parent );
                    if( nodes[node].left != RBT_NULL ) nodes[nodes[node].left].parent = node ;
                }
                if( nodes[pos].left  != RBT_NULL ) nodes[nodes[pos].left ].parent = pos;
                if( nodes[pos].right != RBT_NULL ) nodes[nodes[pos].right].parent = pos;
                if( nodes[node].parent != RBT_NULL ) {
                    if( nodes[ nodes[node].parent ].left == pos ) {
                        nodes[ nodes[node].parent ].left = node;
                    } else {
                        nodes[ nodes[node].parent ].right = node;
                    }
                }
            } else { // brak bezpośredniego spokrewnienia
                if( nodes[node].left  != RBT_NULL ) nodes[nodes[node].left ].parent = node;
                if( nodes[node].right != RBT_NULL ) nodes[nodes[node].right].parent = node;
                if( nodes[pos ].left  != RBT_NULL ) nodes[nodes[pos ].left ].parent = pos ;
                if( nodes[pos ].right != RBT_NULL ) nodes[nodes[pos ].right].parent = pos ;
                if( nodes[node].parent != RBT_NULL ) {
                    if( nodes[ nodes[node].parent ].left == pos ) {
                        nodes[ nodes[node].parent ].left = node;
                    } else {
                        nodes[ nodes[node].parent ].right = node;
                    }
                }
                if( nodes[pos].parent != RBT_NULL ) {
                    if( nodes[ nodes[pos].parent ].left == node ) {
                        nodes[ nodes[pos].parent ].left = pos;
                    } else {
                        nodes[ nodes[pos].parent ].right = pos;
                    }
                }
            }

            if( root == node )
                root = pos;
            else if( root == pos )
                root = node;

            // procedura next by nie zadziałała bez tej operacji, bo pod 'node'
            // jest już inny węzeł z innymi danymi.
            node = pos;
        }
    }

    // Używać tylko na niepustym drzewie if( ! isEmpty() ) i posortowanym.
    TNODE sortMin() const {
        return size() == 0 ? RBT_NULL : 1;
    }

    // Używać tylko na niepustym drzewie if( ! isEmpty() ) i posortowanym.
    TNODE sortMax() const {
        return size(); // sztuczka, powinno być return size() == 0 ? RBT_NULL : size()
    }

    // Używać tylko na niepustym drzewie if( ! isEmpty() ) i posortowanym.
    TNODE sortPrev( CTNODE node ) const {
        return node-1;
    }

    // Używać tylko na niepustym drzewie if( ! isEmpty() ) i posortowanym.
    TNODE sortNext( CTNODE node ) const {
        return node < size() ? node+1 : RBT_NULL;
    }

    // Używać tylko na niepustym drzewie if( ! isEmpty() ) i posortowanym.
    TNODE sortLowerBound( const TDF &data ) {
        EXCP( ! isEmpty() );

        const RBTNode<TD> *begin = nodes.constData() + 1;
        const RBTNode<TD> *const copy = begin;
        const RBTNode<TD> *end = begin + size() - 1;

        while( end - begin > LOOKUP ) {
            const RBTNode<TD> *const middle = begin + (end - begin)/2;
            if( middle->data < data ) {
                begin = middle + 1;
            } else {
                end = middle;
            }
        }
        while( begin <= end && begin->data < data ) {
            begin ++ ;
        }
        if( begin <= end )
            return (TNODE)(begin - copy) + 1;
        return RBT_NULL;
    }

    // Używać tylko na niepustym drzewie if( ! isEmpty() ) i posortowanym.
    TNODE sortUpperBound( const TDF &data ) {
        EXCP( ! isEmpty() );

        const RBTNode<TD> *begin = nodes.constData() + 1;
        const RBTNode<TD> *const copy = begin;
        const RBTNode<TD> *end = begin + size() - 1;

        while( end - begin > LOOKUP ) {
            const RBTNode<TD> *const middle = begin + (end - begin)/2;
            if( middle->data <= data ) {
                begin = middle + 1;
            } else {
                end = middle;
            }
        }
        while( begin <= end && begin->data <= data ) {
            begin ++ ;
        }
        if( begin <= end )
            return (TNODE)(begin - copy) + 1;
        return RBT_NULL;
    }

    // Używać tylko na niepustym drzewie if( ! isEmpty() ) i posortowanym.
    TNODE sortSearch( const TDF& data ) {
        EXCP( ! isEmpty() );

        const RBTNode<TD,TNODE> *begin = nodes.constData() + 1;
        const RBTNode<TD,TNODE> *const copy = begin;
        const RBTNode<TD,TNODE> *end = begin + size() - 1;

        while( end - begin > LOOKUP ) {
            const RBTNode<TD,TNODE> *const middle = begin + (end - begin)/2;
            if( middle->data < data ) {
                begin = middle + 1;
            } else {
                end = middle;
            }
        }
        while( begin <= end && begin->data < data ) {
            begin ++ ;
        }
        if( begin <= end && data == begin->data )
            return (TNODE)(begin - copy) + 1;
        return RBT_NULL;
    }

    // jeśli nie chce Ci się przeładowywać operatora << dla Twoich
    // danych, a kompilator wywali błedy, to zakomentuj metodę print.
    void print() const {
        QTextStream out(stdout);
        out << "{{{{" << endl;
        for( int i=0 ; i<nodes.size() ; i++ ) {
            out << "    pos:" << i << endl;
            out << "   left:" << nodes[i].left << endl;
            out << "  right:" << nodes[i].right<< endl;
            out << " parent:" << nodes[i].parent<< endl;
            out << "   data:" << nodes[i].data<<endl;
            out << "--------------------------" << endl;
        }
        out << "}}}}" << endl;
    }


};

Komentarze

Popularne posty z tego bloga

metodyka testowania implementacji drzew czerwono czarnych na bazie tablicy

Wyzwanie - wydajny uporządkowany zbiór w C++

benchmark 00 tablicowej implementacji drzew czerwono czarnych