關於C++類庫KYLib: 平衡二叉樹類(AVL tree)

    在KYLib 2.0.9.0(build 2009.10.21) 中增加了TKYAVLTree類, 使用與TKYList相似, 但又有很大區別。在搜索方面TKYList使用二分查找，項比較事件爲 OnCompare，而在TKYAVLTree中使用二叉樹查找，結點項比較事件爲OnCompare；二者搜索性能相差不大，但在增/刪操作的性能卻相差很大，若項數低於10，TKYList性能略好，否則項數越多TKYAVLTree性能就遠遠高於TKYList。TKYList的優勢在於可以直接根據索引快速讀取項，而TKYAVLTree使用索引需要前後循環查找，也就是說，TKYList的隨機讀取比TKYAVLTree方便和快速。

 

TKYAVLTree和TKYList的類聲明:

/* TKYAVLTree - 平衡二叉樹類 */ class TKYAVLTree { public: // 樹結點 typedef struct { void* Item; // 項數據 void* Data; // 自定義數據 } TNode, *PNode; // TOnCopy 結點拷貝事件 typedef void (TObject::*TDoCopy)(TNode* ADest, const TNode* ASource); typedef struct { TDoCopy Method; void* Object; } TOnCopy; // TOnCompare 結點比較事件 // 若 ANode1 等於 ANode2 則 ACompare == 0 // 若 ANode1 大於 ANode2 則 ACompare > 0 // 若 ANode1 小於 ANode2 則 ACompare < 0 typedef void (TObject::*TDoCompare)(const TNode* ANode1, const TNode* ANode2, long& ACompare); typedef struct { TDoCompare Method; void* Object; } TOnCompare; // TOnDeletion 結點刪除事件 typedef void (TObject::*TDoDeletion)(void* Sender, TNode* ANode); typedef struct { TDoDeletion Method; void* Object; } TOnDeletion; protected: // 樹結點項 #pragma pack(push, 1) typedef struct TNodeItem { TNode Node; // 結點 TNodeItem* Parent; // 父結點項 TNodeItem* Left; // 左子結點項 TNodeItem* Right; // 右子結點項 TNodeItem* Prior; // 前一結點項 TNodeItem* Next; // 下一結點項 char Balance; // 平衡標誌: Height(Left) - Height(Right) bool Deleting; // 正在刪除 } *PNodeItem; #pragma pack(pop) // 拷貝項 typedef struct { TNodeItem* Dest; // 目標結點項 TNodeItem* Source; // 源結點項 } TCopyItem, *PCopyItem; public: TKYAVLTree(bool ACanLock = false, bool AIsHuge = false); virtual ~TKYAVLTree(); // 重載操作符 TKYAVLTree& operator=(const TKYAVLTree& ATree) { Assign(ATree); return *this; } TNode* operator[](long AIndex) const { return Node(AIndex); } // 屬性 void* Data() const { return FData; } // default: NULL long Count() const { return FCount; } // default: 0 long MaxCount() const { return FMaxCount; } // default: 0 bool CanDuplicate() const { return FCanDuplicate; } // default: false TNode* Root() const { return (TNode*)FRoot; } // default: NULL TNode* Node(long AIndex) const; // 設置屬性 void SetData(void* AData) { FData = AData; } void SetMaxCount(long AMaxCount); void SetCanDuplicate(bool ACanDuplicate); // 方法 void Assign(const TKYAVLTree& ATree); void Clear(); TNode* Add(void* AItem, void* AData = NULL); TNode* Search(const void* AItem, const void* AData = NULL) const; bool Delete(const void* AItem, const void* AData = NULL); bool Remove(TNode* ANode); bool Existed(TNode* ANode) const; bool Existed(const void* AItem, const void* AData = NULL) const { return (Search(AItem, AData) != NULL); } // 查找最近一個結點 // 若 ANearest == NULL 則表示項值大於樹中的最後一個結點值; // 若返回值爲 true, 則表示找到項值的結點, 否則項值在 ANearest 結點之前 bool FindNearest(const void* AItem, const void* AData, PNode& ANearest) const; // 結點的屬性 long Level(TNode* ANode) const; // 結點所在的層號, Level(NULL) = -1 long Height(TNode* ANode) const; // 結點的子樹高度, Height(NULL) = 0 char Balance(TNode* ANode) const; // 結點的子樹平衡標誌 // 取左右子結點及父結點 TNode* Left(TNode* ANode) const; TNode* Right(TNode* ANode) const; TNode* Parent(TNode* ANode) const; // 取前後結點(若ANode == NULL, 則 Next 取首結點, Prior 取尾結點) TNode* Prior(TNode* ANode) const; TNode* Next(TNode* ANode) const; // 取當前結點的前後結點 TNode* First(); TNode* Prior(); TNode* Next(); TNode* Last(); // 事件 TOnCopy OnCopy; // 結點拷貝事件, 用於 Assign 方法 TOnCompare OnCompare; // 結點比較事件 TOnDeletion OnDeletion; // 結點刪除事件 protected: // FCurr 鎖 void LockCurr() const { if (FLock != NULL) { FLock->Enter(); FLockRW->LockRead(); }} void UnlockCurr() const { if (FLock != NULL) { FLockRW->UnlockRead(); FLock->Leave(); }} // 讀鎖 void LockRead() const { if (FLockRW != NULL) FLockRW->LockRead(); } void UnlockRead() const { if (FLockRW != NULL) FLockRW->UnlockRead(); } // 寫鎖 void LockWrite() const { if (FLockRW != NULL) FLockRW->LockWrite(); } void UnlockWrite() const { if (FLockRW != NULL) FLockRW->UnlockWrite(); } // 結點層號/高度/是否存在 long DoLevel(TNodeItem* ANode) const; long DoHeight(TNodeItem* ANode) const; bool DoExisted(TNodeItem* ANode) const; // 查找(若 ANearest 返回爲 NULL, 則表示此結點大於所有結點值, 添加時要加入末尾) long Compare(const TNode* ANode1, const TNode* ANode2) const; bool FindNode(const TNode* ANode, PNodeItem& ANearest) const; // 拷貝樹, 返回拷貝結點個數 long CopyTree(const TKYAVLTree& ATree, PNodeItem& ARoot, PNodeItem& AHead, PNodeItem& ATail, PNodeItem& ACurr); long CopyNodes(TNodeItem* ADest, const TNodeItem* ASource); // 插入/刪除結點 TNodeItem* InsertNode(const TNode* ANode, TNodeItem* ATo); void DeleteNode(TNodeItem* ANode); // 清除結點的相關方法 void ClearNodes(TNodeItem* AHead); void SetAllDeleting(TNodeItem* AHead); private: // OnDeletion != NULL inline void DoDeletion(TNode* ANode); // OnCompare.Method != NULL inline long DoCompare(const TNode* ANode1, const TNode* ANode2) const; bool DoFindNode(const TNode* ANode, PNodeItem& ANearest) const; // 新增結點並修改鏈接 void DoAdd(TNodeItem* ANode, TNodeItem* ATo); void DoInsert(TNodeItem* ANode, TNodeItem* ATo); TNodeItem* DoNewNode(const TNode* ANode, PNodeItem& ATo, bool& AIsAdd, bool& AIsBreak); // 減/增平衡值 void DecBalance(bool AIsRight, TNodeItem* AParent); void IncBalance(bool AIsRight, TNodeItem* AParent, TNodeItem* ATo, TNodeItem* ANode); // 調整結點並返回調整後的子樹根結點 TNodeItem* Adjust(bool AIsRight1, bool AIsRight2,TNodeItem* AParent, TNodeItem* ATo, TNodeItem* ANode) { return (this->*_DoAdjust[AIsRight1][AIsRight2]) (AParent, ATo, ANode); } // 調整結點並返回調整後的子樹根結點 TNodeItem* AdjustLL(TNodeItem* AParent, TNodeItem* ATo, TNodeItem* ANode); TNodeItem* AdjustLR(TNodeItem* AParent, TNodeItem* ATo, TNodeItem* ANode); TNodeItem* AdjustRL(TNodeItem* AParent, TNodeItem* ATo, TNodeItem* ANode); TNodeItem* AdjustRR(TNodeItem* AParent, TNodeItem* ATo, TNodeItem* ANode); private: void* FData; // 自定義數據 TKYCritSect* FLock; // 鎖當前結點 TKYLockRW* FLockRW; // 讀寫鎖 TKYMemBlock* FNodes; // 結點集 TNodeItem* FRoot; // 根結點 TNodeItem* FHead; // 首結點 TNodeItem* FTail; // 尾結點 TNodeItem* FCurr; // 當前結點 long FCount; // 結點個數 long FMaxCount; // 結點最大個數, 默認值爲 0 表示無限制 bool FCanDuplicate; // 是否允許重複, 默認值爲 false private: // 調整結點的方法 typedef TNodeItem* (TKYAVLTree::*TDoAdjust)(TNodeItem* AParent, TNodeItem* ATo, TNodeItem* ANode); // 調整結點方法列表 static const TDoAdjust _DoAdjust[2][2]; // 左右結點調整的平衡增量 static const char _Delta_Balance[2]; static const char _Bool_Delta[2]; }; /* TKYList - 列表類 {建議不要繼承, 若要繼承請使用 TKYCustomList} */ class TKYList { public: // TOnCompare 項比較事件 // 若 AItem1 等於 AItem2 則 ACompare == 0 // 若 AItem1 大於 AItem2 則 ACompare > 0 // 若 AItem1 小於 AItem2 則 ACompare < 0 typedef void (TObject::*TDoCompare)(const void* AItem1, const void* AItem2, int& ACompare); typedef struct { TDoCompare Method; void* Object; } TOnCompare; // TOnDeletion 項刪除事件 typedef void (TObject::*TDoDeletion)(void* AItem); typedef struct { TDoDeletion Method; void* Object; } TOnDeletion; public: TKYList(bool ACanLock = false); TKYList(const TKYList& AList); virtual ~TKYList(); TKYList& operator=(const TKYList& AList); void* operator[](long AIndex) const { return Item(AIndex); } void* Item(long AIndex) const; long Capacity() const { return FCapacity; } long Count() const { return FCount; } long Delta() const { return FDelta; } bool Sorted() const { return FSorted; } bool CanDuplicate() const { return FCanDuplicate; } bool SetItem(long AIndex, void* AItem); void SetDelta(long ADelta); void SetSorted(bool ASorted); void SetCanDuplicate(bool ACanDuplicate); void Assign(const TKYList& AList); void ChangeCapacity(long ACapacity); long Add(void* AItem); bool Insert(long AIndex, void* AItem); void Delete(long AIndex); // 刪除指定索引項 void Delete(void* AItem); // 刪除<滿足條件>的第一項 long Remove(void* AItem); // 刪除<項指針相同>的第一項, 並返回刪除前的索引 void Clear(); void Sort(); bool MoveTo(long AIndex, long ANewIndex); bool Exchange(long AIndex1, long AIndex2); long IndexOf(const void* AItem) const; long SameCount(const void* AItem, long AFrom = 0) const; long Search(const void* AItem, long AFrom = 0) const; long Search(const void* AItem, Pointer& ARetItem, long AFrom = 0) const; // 查找最近一個索引 // 若 ANearest == -1 則表示未排序, 查找失敗; // 若返回值爲 true, 則表示找到項索引, 否則項值在 ANearest 索引之前 bool FindNearest(const void* AItem, long& ANearest, long AFrom = 0) const; // 事件 TOnCompare OnCompare; TOnDeletion OnDeletion; protected: void LockRead() const { if (FLockRW != NULL) FLockRW->LockRead(); } void UnlockRead() const { if (FLockRW != NULL) FLockRW->UnlockRead(); } void LockWrite() const { if (FLockRW != NULL) FLockRW->LockWrite(); } void UnlockWrite() const { if (FLockRW != NULL) FLockRW->UnlockWrite(); } // FindItem 已排序列表二分查找, FindByOrder 是逐項順序查找 int Compare(const void* AItem1, const void* AItem2) const; bool FindItem(long AFrom, long ATo, const void* AItem, long& ANearest) const; long FindByOrder(long AFrom, long ATo, const void* AItem) const; long InsertItem(long AIndex, void* AItem); bool UpdateItem(long AIndex, void* AItem); void ClearItems(); void FreeItems(long AFrom, long ACount); void QuickSort(long AFrom, long ATo); bool SetCapacity(long ACapacity); private: bool Grow(); // OnCompare.Method != NULL bool DoFindItem(long AFrom, long ATo, const void* AItem, long& ANearest) const; inline int DoCompare(const void* AItem1, const void* AItem2) const; private: TKYLockRW* FLockRW; Pointer* FItems; long FCapacity; long FCount; long FDelta; bool FSorted; bool FHasSorted; bool FCanDuplicate; };