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C++ 中 Map 的底层数据结构
2023-07-13 19:51:33 深夜i     --     --
C++ Map 底层 数据结构

Map 是 C++ STL 中的一个关联容器,它提供了一种以键值对的形式存储和访问元素的方式。它基于红黑树实现,是一种自平衡的二叉查找树。

红黑树是一种高效的二叉查找树,它保证了插入、删除和查找元素的时间复杂度都是 O(log n) 级别。它之所以称为红黑树,是因为每个节点都有一个颜色属性,分别为红色和黑色,并满足以下几个条件:

1. 所有叶子节点都是黑色的。

2. 如果一个节点是红色的,则它的子节点都是黑色的。

3. 每个节点都有二叉查找树的性质,即左子树的所有节点的键值都小于等于该节点的键值,右子树的所有节点的键值都大于等于该节点的键值。

4. 从任意节点到其所有后代叶节点的路径都包含相同数量的黑色节点,这个数量称为黑高度。

红黑树的自平衡性质体现在对节点的插入、删除和旋转操作上。当节点被插入时,先按照二叉查找树的方式把它放到红黑树的合适位置,如果插入后不满足红黑树的条件,则通过旋转和变色等操作来调整红黑树结构,使之重新满足上述四个条件。

C++ 的 Map 和 Red-Black Tree 是一一对应的,Map 就是用 Red-Black Tree 实现的。Map 以键值对的方式存储数据,内部实现了一个红黑树,每个键值对作为一个节点插入到红黑树中,并根据键的大小关系放到正确的位置上。因为红黑树具有自平衡性,所以 Map 在插入、删除和查找元素时都具有较高的效率。

在对 Map 进行操作时,需要注意它的键类型必须支持小于运算符,因为 Map 内部需要保证所有的键都是有序的。如果要使用自定义的结构体或类作为键,则需要重载小于运算符。

综上所述,Map 采用红黑树作为底层数据结构,具有高效的插入、删除和查找操作,是 C++ STL 中的一个重要容器。在使用 Map 时,要注意我们所插入的元素是否支持小于运算符,同时要避免出现键的重复情况,否则会覆盖原来的键值对。

  
  

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