设计解析：如何用一棵红黑树同时实现set与map

//封装迭代器
template<class T,class Ref,class ptr>
struct RBTreeIterator
{
	typedef RBTreeNode<T> node;
	typedef RBTreeIterator<T, Ref, ptr> self;
	//通过节点的指针来实现返回相应的数据
	node* _node;
	RBTreeIterator(node* node)
		:_node(node)
	{}
	//*
	Ref operator*()
	{
		return _node->_data;
	}
	//->
	ptr operator->()
	{
		return &_node->_data;
	}
	//++
	self& operator++()
	{
		if (_node->_right)
		{
			node* minleft = _node->_right;
			while (minleft->_left)
			{
				minleft = minleft->_left;
			}
			//跳出循环，说明找到右子树中的最左节点，这个节点就是下一个要访问的节点
			_node = minleft;
		}
		else
		{
			node* cur = _node;
			node* parent = cur->_parent;
			while (parent && parent->_right == cur)
			{
				cur = parent;
				parent = parent->_parent;
			}
			_node = parent;
		}
		return *this;
	}
	bool operator!=(const self& s) const
	{
		return _node != s._node;
	}
	bool operator==(const self& s) const
	{
		return _node == s._node;
	}
};
template<class k,class T,class KeyOfT>
class RBTree
{
	typedef RBTreeNode<T> node;
public:
	typedef RBTreeIterator<T, T&, T*> Iterator;
	typedef RBTreeIterator<T, const T&,const T*> const_Iterator;
	Iterator Begin()
	{
		//中序遍历第一个节点是最左节点
		node* minleft = _root;
		while (minleft&&minleft->_left)
		{
			minleft = minleft->_left;
		}
		return Iterator(minleft);
	}
	Iterator End()
	{
		return Iterator(nullptr);
	}
	const_Iterator Begin() const
	{
		//中序遍历第一个节点是最左节点
		node* minleft = _root;
		while (minleft && minleft->_left)
		{
			minleft = minleft->_left;
		}
		return const_Iterator(minleft);
	}
	const_Iterator End() const
	{
		return const_Iterator(nullptr);
	}
};

template<class k>
class set
{
	struct SetKeyOft
	{
		const k& operator()(const k& key)
		{
			return key;
		}
	};
public:
	typedef typename RBTree<k, k, SetKeyOft>::Iterator iterator;
	typedef typename RBTree<k, k, SetKeyOft>::const_Iterator const_iterator;
	iterator begin()
	{
		return _t.Begin();
	}
	iterator end()
	{
		return _t.End();
	}
	const_iterator begin()const 
	{
		return _t.Begin();
	}
	const_iterator end() const
	{
		return _t.End();
	}
	bool insert(const k& key)
	{
		return _t.Insert(key);
	}
private:
	//set的底层是一棵红黑树，所以我们需要这么一棵红黑树
	RBTree<k, k,SetKeyOft> _t;
};

template<class k,class v>
class map
{
	struct MapKeyOfT
	{
		const k& operator()(const pair<k, v>& kv)
		{
			return kv.first;
		}
	};
public:
	typedef typename RBTree<k, pair<k, v>, MapKeyOfT>::Iterator iterator;
	typedef typename RBTree<k, pair<k, v>, MapKeyOfT>::const_Iterator const_iterator;
	iterator begin()
	{
		return _t.Begin();
	}
	iterator end()
	{
		return _t.End();
	}
	const_iterator begin() const
	{
		return _t.Begin();
	}
	const_iterator end() const
	{
		return _t.End();
	}
	bool insert(const pair<k, v>& kv)
	{
		return _t.Insert(kv);
	}
private:
	//map的底层是一棵红黑树，所以我们需要这么一棵红黑树
	RBTree<k, pair<k,v>, MapKeyOfT> _t;
};

Iterator Find(const k& key)
{
	node* cur = _root;
	while (cur)
	{
		if (kot(cur->_data) >key)
		{
			cur = cur->_left;
		}
		else if (kot(cur->_data) < key)
		{
			cur = cur->_right;
		}
		else
		{
			return Iterator(cur);
		}
	}
	return End();
}

iterator find(const k& key)
{
	return _t.Find(key);
}

iterator find(const k& key)
{
	return _t.Find(key);
}

#pragma once
#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
namespace carrot
{
	enum colour
	{
		BLACK,
		RED
	};
	template<class T>
	//节点结构，节点中存一个类型是T的数据，T是什么，底层不知道
	struct RBTreeNode
	{
		T _data;//存储数据(底层不知道存的是什么类型的数据)
		RBTreeNode<T>* _left;//指向左孩子的指针
		RBTreeNode<T>* _right;//指向右孩子的指针
		RBTreeNode<T>* _parent;//指向父节点的指针
		colour _col;//记录颜色
		RBTreeNode(const T& data)
			:_data(data)
			, _left(nullptr)
			, _right(nullptr)
			, _parent(nullptr)
			, _col(RED)//默认新插入节点是红色
		{}
	};
	//RBTree<k, k> _t;          -> set
	//RBTree<k, pair<k,v>> _t;  -> map
	//封装迭代器
	template<class T,class Ref,class ptr>
	struct RBTreeIterator
	{
		typedef RBTreeNode<T> node;
		typedef RBTreeIterator<T, Ref, ptr> self;
		//通过节点的指针来实现返回相应的数据
		node* _node;
		RBTreeIterator(node* node)
			:_node(node)
		{}
		//*
		Ref operator*()
		{
			return _node->_data;
		}
		//->
		ptr operator->()
		{
			return &_node->_data;
		}
		//++
		self& operator++()
		{
			if (_node->_right)
			{
				node* minleft = _node->_right;
				while (minleft->_left)
				{
					minleft = minleft->_left;
				}
				//跳出循环，说明找到右子树中的最左节点，这个节点就是下一个要访问的节点
				_node = minleft;
			}
			else
			{
				node* cur = _node;
				node* parent = cur->_parent;
				while (parent && parent->_right == cur)
				{
					cur = parent;
					parent = parent->_parent;
				}
				_node = parent;
			}
			return *this;
		}
		bool operator!=(const self& s) const
		{
			return _node != s._node;
		}
		bool operator==(const self& s) const
		{
			return _node == s._node;
		}
	};
	template<class k,class T,class KeyOfT>
	class RBTree
	{
		typedef RBTreeNode<T> node;
	public:
		typedef RBTreeIterator<T, T&, T*> Iterator;
		typedef RBTreeIterator<T, const T&,const T*> const_Iterator;
		Iterator Begin()
		{
			//中序遍历第一个节点是最左节点
			node* minleft = _root;
			while (minleft&&minleft->_left)
			{
				minleft = minleft->_left;
			}
			return Iterator(minleft);
		}
		Iterator End()
		{
			return Iterator(nullptr);
		}
		const_Iterator Begin() const
		{
			//中序遍历第一个节点是最左节点
			node* minleft = _root;
			while (minleft && minleft->_left)
			{
				minleft = minleft->_left;
			}
			return const_Iterator(minleft);
		}
		const_Iterator End() const
		{
			return const_Iterator(nullptr);
		}

		KeyOfT kot;//用来把相应的key取出来，然后进行比较
		pair<Iterator,bool> Insert(const T& data)
		{
			if (_root == nullptr)
			{
				_root = new node(data);
				_root->_col = BLACK;//根节点为黑色
				return { Iterator(_root),true };
			}
			node* cur = _root;
			node* parent = nullptr;
			while (cur)
			{
				if (kot(cur->_data)> kot(data))
				{
					parent = cur;
					cur = cur->_left;
				}
				else if (kot(cur->_data)<kot(data))
				{
					parent = cur;
					cur = cur->_right;
				}
				else
				{
					return { Iterator(cur),false };
				}
			}
			cur = new node(data);
			cur->_col = RED;
			node* newnode = cur;
			if (kot(parent->_data) >kot( data))
			{
				parent->_left = cur;
			}
			else
			{
				parent->_right = cur;
			}
			cur->_parent = parent;
			//调整颜色
			//如果新插入节点的父节点的颜色是黑色，则插入结束
			//如果新插入节点的父节点的颜色是红色，我们需要调整颜色
			//此时c（红色），p（红色），g（黑色）的颜色已经确定，关键看uncle
			while (parent && parent->_col == RED)//parent为空也要跳出循环
			{
				node* grandfather = parent->_parent;
				//（1）
				//          g（黑色）
				//  p（红色）          u
				//c（红色）
				if (grandfather->_left == parent)
				{
					node* uncle = grandfather->_right;
					//           g（黑色）
					//  p（红色）       u（存在且为红）
					//c（红色）
					//只需变色
					if (uncle && uncle->_col == RED)
					{
						//p和u节点变成黑色，解决连续红色节点问题
						parent->_col = uncle->_col = BLACK;
						//g节点变成红色，解决g的左右子树多了一个黑色节点的问题，使每条路径上的黑色节点数量相等
						grandfather->_col = RED;

						//继续往上更新颜色
						//为什么需要继续往上更新颜色？因为经过上面的更新之后，g的父节点有可能是红色的
						//这样就导致了连续红色节点的问题，需要继续往上更新颜色,直到父节点的颜色是黑色的
						cur = grandfather;
						parent = cur->_parent;
					}
					else
					{
						//uncle节点不存在或者存在且为黑
						//情况1：单旋+变色
						//           g（黑色）
						//  p（红色）       u（不存在或者存在且为黑）
						//c（红色）
						if (parent->_left == cur)
						{
							//右单旋+变色
							//以g为旋转点进行右单旋
							RotateR(grandfather);
							parent->_col = BLACK;
							grandfather->_col = RED;
						}
						//情况2：双旋+变色
						//           g（黑色）
						//  p（红色）       u（不存在或者存在且为黑）
						//        c（红色）
						else
						{
							//左右双旋+变色
							//以p为旋转点先进行左单旋，然后再以g为旋转点进行右单旋
							RotateL(parent);
							RotateR(grandfather);
							//变色
							grandfather->_col = RED;
							cur->_col = BLACK;
						}
					}
				}
				//（2）
				//        g（黑色）
				//  u             p（红色）
				//                    c（红色）
				else
				{
					node* uncle = grandfather->_left;
					if (uncle && uncle->_col == RED)
					{
						//           g（黑色）
						// u（存在且为红）      p（红色）
						//                           c（红色）
						//只需变色
						//p和u节点变成黑色，解决连续红色节点问题
						parent->_col = uncle->_col = BLACK;
						//g节点变成红色，解决g的左右子树多了一个黑色节点的问题，使每条路径上的黑色节点数量相等
						grandfather->_col = RED;

						//继续往上更新颜色
						//为什么需要继续往上更新颜色？因为经过上面的更新之后，g的父节点有可能是红色的
						//这样就导致了连续红色节点的问题，需要继续往上更新颜色,直到父节点的颜色是黑色的
						cur = grandfather;
						parent = cur->_parent;
					}
					else
					{
						//           g（黑色）
						// u（不存在或者存在且为黑）      p（红色）
						//                                     c（红色）
						//c是p的右
						if (parent->_right == cur)
						{
							//左单旋+变色
							RotateL(grandfather);
							grandfather->_col = RED;
							parent->_col = BLACK;
						}
						else
						{
							//           g（黑色）
							// u（不存在或者存在且为黑）      p（红色）
							//                           c（红色）
							//c是p的左
							//右左双旋+变色
							RotateR(parent);
							RotateL(grandfather);
							cur->_col = BLACK;
							grandfather->_col = RED;
						}
					}
				}
			}
			//无论根是黑色还是红色，我们都直接让根变成黑色
			//uncle存在且为红的情况中，根节点可能变成红色，可以进行判断（但是有点麻烦）
			_root->_col = BLACK;
			return { Iterator(newnode),true };
		}
		//右单旋
		void RotateR(node* parent)
		{
			node* subL = parent->_left;
			node* subLR = subL->_right;
			subL->_right = parent;
			parent->_left = subLR;
			//subLR可能为空
			if (subLR)
				subLR->_parent = parent;
			node* parentParent = parent->_parent;
			parent->_parent = subL;
			//若parent是根节点
			if (parent == _root)
			{
				_root = subL;
				subL->_parent = nullptr;
			}
			else
			{
				//parent不是根节点
				if (parentParent->_left == parent)
				{
					parentParent->_left = subL;
				}
				else
				{
					parentParent->_right = subL;
				}
				subL->_parent = parentParent;
			}
		}
		//左单旋
		void RotateL(node* parent)
		{
			node* subR = parent->_right;
			node* subRL = subR->_left;
			subR->_left = parent;
			node* parentParent = parent->_parent;
			parent->_right = subRL;
			parent->_parent = subR;
			if (subRL)
				subRL->_parent = parent;
			//让subR成为新的整棵树的根节点/子树的根节点
			if (parent == _root)
			{
				_root = subR;
				subR->_parent = nullptr;
			}
			else
			{
				if (parentParent->_left == parent)
				{
					parentParent->_left = subR;
				}
				else {
					parentParent->_right = subR;
				}
				subR->_parent = parentParent;
			}
		}
		Iterator Find(const k& key)
		{
			node* cur = _root;
			while (cur)
			{
				if (kot(cur->_data) >key)
				{
					cur = cur->_left;
				}
				else if (kot(cur->_data) < key)
				{
					cur = cur->_right;
				}
				else
				{
					return Iterator(cur);
				}
			}
			return End();
		}
		int Size()
		{
			return _Size(_root);
		}
		int TreeHigh()
		{
			return _TreeHigh(_root);
		}
	private:
		int _TreeHigh(node* root)
		{
			if (root == nullptr)
			{
				return 0;
			}
			int lefthigh = _TreeHigh(root->_left);
			int righthigh = _TreeHigh(root->_right);
			return 1 + (lefthigh > righthigh ? lefthigh : righthigh);
		}
		int _Size(node* root)
		{
			if (root == nullptr)
			{
				return 0;
			}
			return _Size(root->_left) + _Size(root->_right) + 1;
		}
		node* _root = nullptr;
	};
}

#pragma once
#include"RBTree.h"
namespace carrot
{
	template<class k,class v>
	class map
	{
		struct MapKeyOfT
		{
			const k& operator()(const pair<k, v>& kv)
			{
				return kv.first;
			}
		};
	public:
		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();
		}
		iterator end()
		{
			return _t.End();
		}
		const_iterator begin() const
		{
			return _t.Begin();
		}
		const_iterator end() const
		{
			return _t.End();
		}
		iterator find(const k& key)
		{
			return _t.Find(key);
		}
		pair<iterator, bool> insert(const pair<k, v>& kv)
		{
			return _t.Insert(kv);
		}
		v& operator[](const k& key)
		{
			pair<iterator, bool> ret = insert({ key, v() });
			return ret.first->second;
		}
	private:
		//map的底层是一棵红黑树，所以我们需要这么一棵红黑树
		RBTree<k, pair<const k,v>, MapKeyOfT> _t;
	};
}

#pragma once
#include"RBTree.h"
namespace carrot
{
	template<class k>
	class set
	{
		struct SetKeyOft
		{
			const k& operator()(const k& key)
			{
				return key;
			}
		};
	public:
		typedef typename RBTree<k, const k, SetKeyOft>::Iterator iterator;
		typedef typename RBTree<k, const k, SetKeyOft>::const_Iterator const_iterator;
		iterator begin()
		{
			return _t.Begin();
		}
		iterator end()
		{
			return _t.End();
		}
		const_iterator begin()const 
		{
			return _t.Begin();
		}
		const_iterator end() const
		{
			return _t.End();
		}
		iterator find(const k& key)
		{
			return _t.Find(key);
		}
		pair<iterator,bool> insert(const k& key)
		{
			return _t.Insert(key);
		}
	private:
		//set的底层是一棵红黑树，所以我们需要这么一棵红黑树
		RBTree<k, const k,SetKeyOft> _t;
	};
}

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include"set.h"
#include"map.h"
namespace carrot
{
	void func(const set<int>& s)
	{
		set<int>::const_iterator it = s.begin();
		while (it != s.end())
		{
			//*it = 1;
			cout << *it << " ";
			++it;
		}
		cout << endl;
	}
	void test_set()
	{
		set<int> s;
		s.insert(1);
		s.insert(3);
		s.insert(5);
		s.insert(20);
		set<int>::iterator it = s.begin();
		//*it = 1;//key不能修改
		while (it != s.end())
		{
			
			cout << *it << " ";
			++it;
		}
		cout << endl;
		for (auto& e : s)
		{
			cout << e << " ";
		}
		func(s);
	}
	void func2(const map<string, string>& dict)
	{
		map<string, string>::const_iterator it = dict.begin();
		while (it != dict.end())
		{
			//it->first += 'x';
			//it->second += 'x';
			cout << it->first << ":" << it->second << endl;
			++it;
		}
		cout << endl;
	}
	void test_map()
	{
		//map<string, string> dict;
		//dict.insert({ "string","字符串" });
		//dict.insert({ "left","左边" });
		//dict.insert({ "right","右边" });
		//map<string, string>::iterator it = dict.begin();
		//while (it != dict.end())
		//{
		//	//it->first += 'x';//key不能修改
		//	it->second += 'x';
		//	cout << it->first << ":" << it->second << endl;
		//	++it;
		//}
		//cout << endl;
		//for (auto& [k, v] : dict)
		//{
		//	cout << k << ":" << v << endl;
		//}
		string arr[] = { "苹果", "西瓜", "苹果", "西瓜", "苹果", "苹果", "西瓜", "苹果", "香蕉", "苹果", "香蕉" };
		map<string, int> countMap;
		for (auto& e : arr)
		{
			countMap[e]++;
		}
		for (auto& [k, v] : countMap)
		{
			cout << k << ":" << v << endl;
		}
		cout << endl;
		/*for (auto& e : arr)
		{
			auto it = countMap.find(e);
			if (it != countMap.end())
			{
				it->second++;
			}
			else
			{
				countMap.insert({ e, 1 });
			}
		}*/
	}
}
int main()
{
	//carrot::test_set();
	carrot::test_map();
	return 0;
}