远方有一堆篝火，在为久候之人燃烧！
文章目录
引言一、红黑树（改造版）1.1 结点1.2 迭代器1.2.1 operator++1.2.2 operator- - 1.3 本体1.3.1 begin和end1.3.2 Find1.3.3 Insert 二、set2.1 成员变量与仿函数2.2 begin和end2.3 find2.4 insert 三、map3.1 成员变量与仿函数3.2 begin和end3.3 find3.4 insert3.5 operator[ ]
引言
STL库中的set类和map类，其底层原理都是通过红黑树来实现的。尽管set和map可以各自实现一棵红黑树，但是为了提高代码的复用率，STL库中将红黑树进行了一定的改造，实现以相同的底层实现不同的容器。
一、红黑树（改造版）
1.1 结点
enum Color{RED,BLACK};template<class T>struct RBTreeNode{RBTreeNode<T>* _left;RBTreeNode<T>* _right;RBTreeNode<T>* _parent;T _data;Color _col;RBTreeNode(const T& data): _left(nullptr), _right(nullptr), _parent(nullptr), _data(data), _col(RED){}};细节：
将数据类型改为T，因为要同时适用set（存储键值）和map（存储键值对）1.2 迭代器
改造后的红黑树，最重要的功能之一就是支持双向迭代器，以最左结点为首，以最右结点为尾。
template<class T, class Ref, class Ptr>struct RBTreeIterator{typedef RBTreeNode<T> Node;typedef RBTreeIterator<T, T&, T*> Iterator;typedef RBTreeIterator<T, Ref, Ptr> Self;Node* _node;RBTreeIterator(Node* node): _node(node){}RBTreeIterator(const Iterator& it): _node(it._node){}Ref operator*(){return _node->_data;}Ptr operator->(){return &(operator*());}bool operator!=(const Self& s){return _node != s._node;}bool operator==(const Self& s){return _node == s._node;}};细节：
一些基本的迭代器范式操作已经给出，重点的++与- -操作后面详细实现迭代器的拷贝构造函数有两个用途： 以普通迭代器拷贝出普通迭代器（普通迭代器调用时）以普通迭代器拷贝出const迭代器（const迭代器调用时）1.2.1 operator++
Self operator++(){if (_node->_right)//右不为空，找右子树的最左结点{Node* subLeft = _node->_right;while (subLeft->_left){subLeft = subLeft->_left;}_node = subLeft;}else//右为空，向上找孩子是父亲左的那个父亲{Node* parent = _node->_parent;Node* cur = _node;while (parent && parent->_right == cur){cur = parent;parent = cur->_parent;}_node = parent;}return *this;}Self operator++(int){Node* tmp = _node;++*this;return tmp;}
细节：
前置++的思路： 右不为空，找右子树的最左结点右为空，向上找孩子是父亲左的那个父亲 后置++：复用前置++，返回临时对象1.2.2 operator- -
Self operator--(){if (_node->_left)//左不为空，找左子树的最右结点{Node* subRight = _node->_left;while (subRight->_right){subRight = subRight->_right;}_node = subRight;}else//左为空，向上找孩子是父亲右的那个父亲{Node* parent = _node->_parent;Node* cur = _node;while (parent && parent->_left == cur){cur = parent;parent = cur->_parent;}_node = parent;}return *this;}Self operator--(int){Node* tmp = _node;--*this;return tmp;}
细节：
前置- -的思路： 左不为空，找左子树的最右结点左为空，向上找孩子是父亲右的那个父亲 后置- -：复用前置- -，返回临时对象1.3 本体
template<class K, class T, class KeyOfT>class RBTree{protected:typedef RBTreeNode<T> Node;public:protected:Node* _root = nullptr;};细节：
模板参数第一个为K，键值类型（比较时会用到）模板参数第二个为T，同时适用set（存储键值）和map（存储键值对）模板参数第三个为KeyOfT（仿函数类型），用于获取不同数据T的键值key来进行比较1.3.1 begin和end
typedef RBTreeIterator<T, T&, T*> iterator;typedef RBTreeIterator<T, const T&, const T*> const_iterator;iterator begin(){Node* cur = _root;while (cur->_left){cur = cur->_left;}return iterator(cur);}const_iterator begin() const{Node* cur = _root;while (cur->_left){cur = cur->_left;}return const_iterator(cur);}iterator end(){return iterator(nullptr);}const_iterator end() const{return const_iterator(nullptr);}细节：begin返回最左节点的迭代器，end返回空迭代器
1.3.2 Find
iterator Find(const K& key){if (_root == nullptr){return iterator(nullptr);}KeyOfT kot;Node* cur = _root;while (cur){if (kot(cur->_data) < key){cur = cur->_right;}else if (kot(cur->_data) > key){cur = cur->_left;}else{return iterator(cur);}}return iterator(nullptr);}细节：
返回迭代器运用仿函数进行键值比较1.3.3 Insert
pair<iterator, bool> Insert(const T& data){if (_root == nullptr){_root = new Node(data);_root->_col = BLACK;return make_pair(iterator(_root), true);}KeyOfT kot;Node* parent = nullptr;Node* cur = _root;while (cur){if (kot(cur->_data) < kot(data)){parent = cur;cur = cur->_right;}else if (kot(cur->_data) > kot(data)){parent = cur;cur = cur->_left;}else{return make_pair(iterator(cur), false);}}Node* newnode = new Node(data);cur = newnode;if (kot(parent->_data) < kot(data)){parent->_right = cur;}else{parent->_left = cur;}cur->_parent = parent;while (parent && parent->_col == RED){Node* grandparent = parent->_parent;if (grandparent->_right == parent)//uncle在左，parent在右{Node* uncle = grandparent->_left;if (uncle && uncle->_col == RED)//uncle为红，变色+向上调整{parent->_col = uncle->_col = BLACK;grandparent->_col = RED;cur = grandparent;parent = cur->_parent;}else//uncle为空或为黑，变色+旋转{if (parent->_right == cur)//左单旋{RotateL(grandparent);parent->_col = BLACK;grandparent->_col = RED;}else//右左旋{RotateR(parent);RotateL(grandparent);cur->_col = BLACK;grandparent->_col = RED;}}}else//parent在左，uncle在右{Node* uncle = grandparent->_right;if (uncle && uncle->_col == RED){parent->_col = uncle->_col = BLACK;grandparent->_col = RED;cur = grandparent;parent = cur->_parent;}else{if (parent->_left == cur)//右单旋{RotateR(grandparent);parent->_col = BLACK;grandparent->_col = RED;}else//左右旋{RotateL(parent);RotateR(grandparent);cur->_col = BLACK;grandparent->_col = RED;}}}}_root->_col = BLACK;return make_pair(iterator(newnode), true);}细节：
返回pair，第一个参数为迭代器，第二个参数为布尔值（记录是否插入成功）运用仿函数进行键值比较二、set
2.1 成员变量与仿函数
template<class K>class set{struct SetKeyOfT{const K& operator()(const K& key){return key;}};public:protected:RBTree<K, K, SetKeyOfT> _t;};细节：
set类仿函数，直接返回参数key成员变量的第二个模板参数为K，第三个模板参数为SetKeyOfT2.2 begin和end
typedef typename RBTree<K, K, SetKeyOfT>::const_iterator iterator;typedef typename RBTree<K, K, SetKeyOfT>::const_iterator const_iterator;iterator begin(){return _t.begin();}const_iterator begin() const{return _t.begin();}iterator end(){return _t.end();}const_iterator end() const{return _t.end();}细节：
加上typename关键字，编译器才能识别类型set中存储的键值key均不允许修改，所以其普通迭代器和const迭代器均为红黑树的const迭代器由于set的普通迭代器也是红黑树的const迭代器，调用普通begin()时，便有从普通迭代器到const迭代器的转换，此时之前写的拷贝构造（以普通迭代器拷贝构造const迭代器）便派上用场了。2.3 find
iterator find(const K& key){return _t.Find(key);}2.4 insert
pair<iterator, bool> insert(const K& key){return _t.Insert(key);}细节：
插入参数类型为K（键值）此时也有从普通迭代器到const迭代器的转换三、map
3.1 成员变量与仿函数
template<class K, class V>class map{struct MapKeyOfT{const K& operator()(const pair<const K, V>& kv){return kv.first;}};public:protected:RBTree<K, pair<const K, V>, MapKeyOfT> _t;};细节：
map类仿函数，返回参数pair的first成员变量的第二个模板参数为pair，第三个模板参数为MapKeyOfT3.2 begin和end
typedef typename RBTree<K, pair<const K, V>, MapKeyOfT>::iterator iterator;typedef typename RBTree<K, pair<const K, V>, MapKeyOfT>::const_iterator const_iterator;iterator begin(){return _t.begin();}const_iterator begin() const{return _t.begin();}iterator end(){return _t.end();}const_iterator end() const{return _t.end();}细节：
加上typename关键字，编译器才能识别类型map同样不允许修改key，故加上const修饰，但是允许修改存储的value，所以普通和const迭代器一一对应此时，可能有人会问，那刚刚set不允许修改key，为什么不也直接用const修饰呢？请看以下这段代码：
typedef RBTreeIterator<T, const T&, const T*> const_iterator;如果变成第二个模板参数T传入const K，那么就会形成两个连续的const，这是不被允许的。所以才想了其他方法来补救。
3.3 find
iterator find(const K& key){return _t.Find(key);}3.4 insert
pair<iterator, bool> insert(const pair<const K, V>& kv){return _t.Insert(kv);}细节：插入参数类型为pair（键值对）
3.5 operator[ ]
map最好用的重载运算符[ ]，我们肯定也要实现，平常插入和修改使用[ ]更加方便。
V& operator[](const K& key){pair<iterator, bool> ret = _t.Insert(make_pair(key, V()));return ret.first->second;}细节：
插入成功便是插入，插入失败便是查找+修改返回value的引用，可以直接插入或修改