引言  -- 红黑树历史

　　红黑树是数据结构学习中一道卡. 底层库容器中必不可少的算法. 历经各种实战运用,性能有保障. 同样红黑树不好理解, 就算理解了, 代码也不好写.

就算写了, 工程库也难构建. 关于红黑树基础讲解推荐看下面博主的红黑树博文系列,感觉不错.

红黑树(一)之 原理和算法详细介绍

对于红黑树小背景简介摘抄如下:

　　红黑树（英语：Red–black tree）是一种自平衡二叉查找树，是在计算机科学中用到的一种数据结构，典型的用途是实现关联数组。它是在1972年由鲁道夫·贝尔发明的，他称之为"对称二叉B树"，它现代的名字是在Leo J. Guibas和Robert Sedgewick于1978年写的一篇论文中获得的。它是复杂的，但它的操作有着良好的最坏情况运行时间，并且在实践中是高效的：它可以在O(log n)时间内做查找，插入和删除，这里的n是树中元素的数目。

对于红黑树更加详细的历史参照下面资料.

红黑树 https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%BA%A2%E9%BB%91%E6%A0%91

本文重点介绍工程开发中, 红黑树工程基库的封装.直接用现成的最爽.

前言  -- 红黑树工程库源码

  一言不合就上源码! 

rbtree.h

#ifndef _H_RBTREE
#define _H_RBTREE

struct rbnode {
    unsigned long    parent_color;
    struct rbnode * right;
    struct rbnode * left;
};

typedef void * (* new_f)(void *);
typedef int (* cmp_f)(const void *, const void *);
typedef void (* die_f)(void *);

typedef struct {
    struct rbnode * root;
    new_f new;
    cmp_f cmp;
    die_f die;
} * rbtree_t;

/*
 * 每个想使用红黑树的结构, 需要在头部插入下面宏. 
 * 例如 :
    struct person {
        _HEAD_RBTREE;
        ... // 自定义信息
    };
 */
#define _HEAD_RBTREE    struct rbnode __node

/*
 * 创建一颗红黑树头结点 
 * new        : 注册创建结点的函数
 * cmp        : 注册比较的函数
 * die        : 注册程序销毁函数
 *            : 返回创建好的红黑树结点
 */
extern rbtree_t rb_new(new_f new, cmp_f cmp, die_f die);

/*
 * 插入一个结点, 会插入 new(pack)
 * tree        : 红黑树头结点
 * pack        : 待插入的结点当cmp(x, pack) 右结点
 */
extern void rb_insert(rbtree_t tree, void * pack);

/*
 * 删除能和pack匹配的结点
 * tree        : 红黑树结点
 * pack        : 当cmp(x, pack) 右结点
 */
extern void rb_remove(rbtree_t tree, void * pack);

/*
 * 得到红黑树中匹配的结点
 * tree        : 匹配的结点信息
 * pack        : 当前待匹配结点, cmp(x, pack)当右结点处理
 */
extern void * rb_get(rbtree_t tree, void * pack);

/*
 * 销毁这颗二叉树
 * tree        : 当前红黑树结点
 */
extern void rb_die(rbtree_t tree);

#endif /* _H_RBTREE */

rbtree.c

View Code

上面代码主要基于linux内核中红黑树扒下来构建的工程库. 有些细节我们简单解释一下结构.  例如

/*
 * 每个想使用红黑树的结构, 需要在头部插入下面宏. 
 * 例如 :
    struct person {
        _HEAD_RBTREE;
        ... // 自定义信息
    };
 */
#define _HEAD_RBTREE    struct rbnode __node

等同于'继承'用法, 放在没一个希望用在红黑树结构的头部. 这些都是从linux内核结构中学到的技巧. libuv框架中也常用这种技巧.
也是C开发中通用潜规则! 还有一个技巧, 如下

struct rbnode {
    unsigned long    parent_color;
    struct rbnode * right;
    struct rbnode * left;
};

#define rb_parent(r)        ((struct rbnode *)((r)->parent_color & ~3))
#define rb_color(r)        ((r)->parent_color & 1)

也是在看内核源码中学到的技巧, 将指针的后2位地址, 用于保存结点颜色. 为什么可行呢,

因为 struct rbnode 结构体内存是以 sizeof (unsigned long) 大小对齐. 那么该结构地址也是以 n*sizeof(unsigned long) 递增.

后两位都是0空出来的. 用于保存红黑树结点的颜色信息(RED | BLACK). 不得不佩服linux内核代码的精巧.

后面还有一个自己补充的技巧

typedef void * (* new_f)(void *);
typedef int (* cmp_f)(const void *, const void *);
typedef void (* die_f)(void *);

typedef struct {
    struct rbnode * root;
    new_f new;
    cmp_f cmp;
    die_f die;
} * rbtree_t;

实现注册, 创建, 比较, 销毁行为函数, 方便使用. 采用匿名结构, 也是一个C中开发一个小技巧, 这个结构只能是堆上创建. 对外可见, 但是不可构建.

后面会基于这个红黑树基础库, 构建一个简繁对照字典. 最后重申一下, 红黑树是软件开发层最后的堡垒. 数据结构算法也就到这了.

正文  -- 简单分析设计和测试

  C的设计, 主要看结构. 同样C的难点也是结构. 后面我们做一个简单的简繁转换的字典, 通过C.

需要的资源见这个文件 http://files.cnblogs.com/files/life2refuel/C%E9%AB%98%E7%BA%A7%E5%B7%A5%E7%A8%8B%E4%B8%AD%E4%BD%BF%E7%94%A8%E7%BA%A2%E9%BB%91%E6%A0%91%E5%9F%BA%E5%BA%93.zip

简繁变换的词典,window上截图如下

采用的是ascii编码, 这里一个汉字2字节表示. 上传到linux上后, 采用utf-8编码, 一个中文3个字节. 需要小心!

词典主程序 main.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include "rbtree.h"

#define _STR_PATH    "常用汉字简繁对照表.txt"

#define _INT_DICT    (4)

struct dict {
    _HEAD_RBTREE;

    char key[_INT_DICT];
    char value[_INT_DICT];
};

// 需要注册的内容
static void * _dict_new(void * arg) {
    struct dict * node = malloc(sizeof(struct dict));
    if (NULL == node) {
        fprintf(stderr, "_dict_new malloc is error!\n");
        return NULL;
    }

    *node = *(struct dict *)arg;
    return node;
}

static inline int _dict_cmp(const void * ln , const void * rn) {
    return strcmp(((const struct dict *)ln)->key, ((const struct dict *)rn)->key);
}

static inline void _dict_die(void * arg) {
    free(arg);
}

// 创建内容
void dict_create(rbtree_t tree);
// 得到内容
const char * dict_get(rbtree_t tree, const char * key);

/*
 * 这里测试字典数据, 通过红黑树库
 */
int main(int argc, char * argv[]) {
    // 创建字典树, 再读取内容
    rbtree_t tree = rb_new(_dict_new, _dict_cmp, _dict_die);
    if (NULL == tree) {
        fprintf(stderr, "main rb_new rb is error!\n");
        return -1;
    }

    // 为tree填充字典数据
    dict_create(tree);

    // 我们输出一下 '你好'
    printf("你好吗 -> %s%s%s\n", 
        dict_get(tree, "你"), 
        dict_get(tree, "好"),
        dict_get(tree, "吗")
    );

    // 字典书删除
    rb_die(tree);

    getchar();
    return 0;
}

// 创建内容
void 
dict_create(rbtree_t tree) {
    char c;
    struct dict kv;
    // 打开文件内容
    FILE * txt = fopen(_STR_PATH, "rb");
    if (NULL == txt) {
        fprintf(stderr, "main fopen " _STR_PATH " rb is error!\n");
        return;
    }
    
    while ((c = fgetc(txt))!=EOF) {
        memset(&kv, 0, sizeof kv);
        // 读取这一行key, 并设值
        kv.key[0] = c;
        kv.key[1] = fgetc(txt);

        // 去掉\\t
        c = fgetc(txt);
        if(c < 0) {
            kv.key[2] = c;
            fgetc(txt);
        }

        // 再设置value
        kv.value[0] = fgetc(txt);
        kv.value[1] = fgetc(txt);
        
        c = fgetc(txt);
        if (c != '\r') {// 这些SB的代码, 都是解决不同系统版本的编码冲突的
            kv.value[2] = c;
            fgetc(txt);
        }

        // 去掉\n
        fgetc(txt);

        // 插入数据
        rb_insert(tree, &kv);
    }

    // 合法读取内容部分
    fclose(txt);
}

// 得到内容
const char * 
dict_get(rbtree_t tree, const char * key) {
    struct dict kv;
    strncpy(kv.key, key, sizeof(kv.key) / sizeof(char));
    struct dict * pkv = rb_get(tree, &kv);
    return pkv ? pkv->value : NULL;
}

先看 window上测试结果

上面关于  dict_create 关于配置文件解析, 采用最原始的编码字符数解析的.

linux上 测试过程如下

linux上测试结果很正常. 到这里, 红黑树基库demo演示完毕. 也许你觉得好复杂, 但是已经很简单了. 因为C程序一个要求就是,

你需要懂得实现. 才能运用流畅. 一切都是钻木取火, 自生自灭.

扯一点, C要是有那种万能数据结构 array 或者 table 那生产率预估会提升10倍. 写代码就和玩似的. 

今天完工等价于C基础数据结构已经全线通工了. C的代码写的越多, 越发觉得喜欢就好!

后记  -- 一些客气话

　　错误是难免的, 欢迎指正交流提高. 

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