新增跳表C++版本.翻译来源JAVA版本

Author: puhuaqiang

c-cpp/17_skiplist/SkipList.cpp

@@ -0,0 +1,363 @@
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>
+#include <iostream>
+#include <string>
+#include <cstring>
+#include <random>
+#include <ctime>
+using namespace std;
+
+/**
+ * 跳表的一种实现方法。
+ * 跳表中存储的是正整数，并且存储的是不重复的。
+ *
+ * 跳表的C++版本.
+ * 翻译JAVA版本 原作者 Author：ZHENG
+ * 
+ * Author：puhuaqiang
+ * 
+ * 跳表结构:
+ * 
+ * 第K级 1 9
+ * 第K-1级 1 5 9
+ * 第K-2级 1 3 5 7 9
+ * ... ....
+ * 第0级(原始链表) 1 2 3 4 5 6 7 8 9
+ */
+
+const int MAX_LEVEL = 16;
+
+/**
+ * @brief 节点
+*/
+class CNode
+{
+public:
+ CNode();
+ ~CNode();
+
+ std::string toString();
+ /**
+ * @brief 获取索引链表
+ */
+ CNode** GetIdxList();
+
+ /**
+ * @brief 设置数据
+ */
+ void SetData(int v);
+ /**
+ * @brief 获取数据
+ */
+ int GetData();
+ /**
+ * @brief 设置最大索引级别
+ */
+ void SetLevel(int l);
+private:
+ /**当前节点的值*/
+ int m_data;
+ /** 
+ * 当前节点的每个等级的下一个节点.
+ * 第2级 N1 N2
+ * 第1级 N1 N2
+ * 如果N1是本节点,则 m_lpForwards[x] 保存的是N2
+ * 
+ * [0] 就是原始链表.
+ */
+ CNode* m_lpForwards[MAX_LEVEL];
+ /**当前节点的所在的最大索引级别*/
+ int m_iMaxLevel;
+};
+
+/**
+ * @brief 跳表
+*/
+class CSkipList
+{
+public:
+ CSkipList();
+ ~CSkipList();
+ /**
+ * @brief 查找指定的值的节点
+ * @param v 正整数
+ */
+ CNode* Find(int v);
+ /**
+ * @brief 插入指定的值
+ * @param v 正整数
+ */
+ void Insert(int v);
+ /**
+ * @brief 删除指定的值的节点
+ * @param v 正整数
+ */
+ int Delete(int v);
+ void PrintAll();
+ /**
+ * @brief 打印跳表结构
+ * @param l 等于-1时打印所有级别的结构 >=0时打印指定级别的结构
+ */
+ void PrintAll(int l);
+ /**
+ * @brief 插入节点时,得到插入K级的随机函数
+ * @return K
+ */
+ int RandomLevel();
+
+private:
+ int levelCount;
+ /**
+ * 链表
+ * 带头/哨所(节点)
+ */
+ CNode* m_lpHead;
+};
+
+int main()
+{
+ CSkipList skipList;
+ /// 插入原始值
+ for(int i=1; i< 50; i++){
+ if((i%3) == 0){
+ skipList.Insert(i);
+ }
+ }
+ for(int i=1; i< 50; i++){
+ if((i%3) == 1){
+ skipList.Insert(i);
+ }
+ }
+ skipList.PrintAll();
+ std::cout<<std::endl;
+ /// 打印所有等级结构
+ skipList.PrintAll(-1);
+ /// 查找
+ std::cout<<std::endl;
+ CNode* lpNode = skipList.Find(27);
+ if(NULL != lpNode){
+ std::cout<<"查找值为27的节点,找到该节点,节点值:"<<lpNode->GetData()<<std::endl;
+ }else{
+ std::cout<<"查找值为27的节点,未找到该节点"<<std::endl;
+ }
+ /// 删除
+ std::cout<<std::endl;
+ int ret = skipList.Delete(46);
+ if(0 == ret){
+ std::cout<<"查找值为46的节点,找到该节点,并删除成功"<<std::endl;
+ }else{
+ std::cout<<"查找值为46的节点,找到该节点,删除失败"<<std::endl;
+ }
+ std::cout<<std::endl;
+ //打印所有等级结构
+ skipList.PrintAll(-1);
+ std::cin.ignore();
+ return 0;
+}
+
+CNode::CNode()
+{
+ m_data = -1;
+ m_iMaxLevel = 0;
+ for(int i=0; i<MAX_LEVEL; i++){
+ m_lpForwards[i] = NULL;
+ }
+}
+CNode::~CNode()
+{
+
+}
+CNode** CNode::GetIdxList()
+{
+ return m_lpForwards;
+}
+
+void CNode::SetData(int v)
+{
+ m_data = v;
+}
+int CNode::GetData()
+{
+ return m_data;
+}
+void CNode::SetLevel(int l)
+{
+ m_iMaxLevel = l;
+}
+std::string CNode::toString()
+{
+ char tmp[32];
+ std::string ret;
+
+ ret.append("{ data: ");
+ sprintf(tmp, "%d", m_data);
+ ret.append(tmp);
+ ret.append("; levels: ");
+ sprintf(tmp, "%d", m_iMaxLevel);
+ ret.append(tmp);
+ ret.append(" }");
+ return ret;
+}
+
+CSkipList::CSkipList()
+{
+ levelCount = 1;
+ m_lpHead = new CNode();
+}
+CSkipList::~CSkipList()
+{
+
+}
+CNode* CSkipList::Find(int v)
+{
+ CNode* lpNode = m_lpHead;
+ /**
+ * 从 最大级索引链表开始查找.
+ * K -> k-1 -> k-2 ...->0
+ */
+ for(int i=levelCount-1; i>=0; --i){
+ /**
+ * 查找小于v的节点(lpNode).
+ */
+ while((NULL != lpNode->GetIdxList()[i]) && (lpNode->GetIdxList()[i]->GetData() < v)){
+ lpNode = lpNode->GetIdxList()[i];
+ }
+ }
+ /**
+ * lpNode 是小于v的节点, lpNode的下一个节点就等于或大于v的节点
+ */
+ if((NULL != lpNode->GetIdxList()[0]) && (lpNode->GetIdxList()[0]->GetData() == v)){
+ return lpNode->GetIdxList()[0];
+ }
+ return NULL;
+}
+void CSkipList::Insert(int v)
+{
+ /// 新节点
+ CNode* lpNewNode = new CNode();
+ if(NULL == lpNewNode){
+ return;
+ }
+
+ /**
+ * 新节点最大分布在的索引链表的上限
+ * 如果返回 3,则 新的节点会在索引1、2、3上的链表都存在
+ */
+ int level = RandomLevel();
+ lpNewNode->SetData(v);
+ lpNewNode->SetLevel(level);
+
+ /**
+ * 临时索引链表
+ * 主要是得到新的节点在每个索引链表上的位置
+ */
+ CNode *lpUpdateNode[level];
+ for(int i=0; i<level; i++){
+ /// 每个索引链表的头节点
+ lpUpdateNode[i] =m_lpHead;
+ }
+ CNode* lpFind = m_lpHead;
+ for(int i= level-1; i >= 0; --i){
+ /**
+ * 查找位置
+ * eg. 第1级 1 7 10
+ * 如果插入的是 6
+ * lpFind->GetIdxList()[i]->GetData() : 表示节点lpFind在第1级索引的下一个节点的数据
+ * 当 "lpFind->GetIdxList()[i]->GetData() < v"不成立的时候,
+ * 新节点就要插入到 lpFind节点的后面, lpFind->GetIdxList()[i] 节点的前面
+ * 即在这里 lpFind就是1 lpFind->GetIdxList()[i] 就是7
+ */
+ while((NULL != lpFind->GetIdxList()[i]) && (lpFind->GetIdxList()[i]->GetData() < v)){
+ lpFind = lpFind->GetIdxList()[i];
+ }
+ /// lpFind 是新节点在 第i级索引链表的后一个节点
+ lpUpdateNode[i] = lpFind;
+ }
+
+ for(int i=0; i<level; ++i){
+ /**
+ * 重新设置链表指针位置
+ * eg 第1级索引 1 7 10
+ * 插入6.
+ * lpUpdateNode[i] 节点是1; lpUpdateNode[i]->GetIdxList()[i]节点是7
+ * 
+ * 这2句代码就是 把6放在 1和7之间
+ */
+ lpNewNode->GetIdxList()[i] = lpUpdateNode[i]->GetIdxList()[i];
+ lpUpdateNode[i]->GetIdxList()[i] = lpNewNode;
+ }
+ if(levelCount < level){
+ levelCount = level;
+ }
+}
+int CSkipList::Delete(int v)
+{
+ int ret = -1;
+ CNode *lpUpdateNode[levelCount];
+ CNode *lpFind = m_lpHead;
+ for(int i=levelCount-1; i>= 0; --i){
+ /**
+ * 查找小于v的节点(lpFind).
+ */
+ while((NULL != lpFind->GetIdxList()[i]) && (lpFind->GetIdxList()[i]->GetData() < v)){
+ lpFind = lpFind->GetIdxList()[i];
+ }
+ lpUpdateNode[i] = lpFind;
+ }
+ /**
+ * lpFind 是小于v的节点, lpFind的下一个节点就等于或大于v的节点
+ */
+ if((NULL != lpFind->GetIdxList()[0]) && (lpFind->GetIdxList()[0]->GetData() == v)){
+ for(int i=levelCount-1; i>=0; --i){
+ if((NULL != lpUpdateNode[i]->GetIdxList()[i]) && (v == lpUpdateNode[i]->GetIdxList()[i]->GetData())){
+ lpUpdateNode[i]->GetIdxList()[i] = lpUpdateNode[i]->GetIdxList()[i]->GetIdxList()[i];
+ ret = 0;
+ }
+ }
+ }
+ return ret;
+}
+void CSkipList::PrintAll()
+{
+ CNode* lpNode = m_lpHead;
+ while(NULL != lpNode->GetIdxList()[0]){
+ std::cout<<lpNode->GetIdxList()[0]->toString().data()<<std::endl;
+ lpNode = lpNode->GetIdxList()[0];
+ }
+}
+void CSkipList::PrintAll(int l)
+{
+ for(int i=MAX_LEVEL-1; i>=0;--i){
+ CNode* lpNode = m_lpHead;
+ std::cout<<"第"<<i<<"级:"<<std::endl;
+ if((l < 0) || ((l >= 0) && (l == i))){
+ while(NULL != lpNode->GetIdxList()[i]){
+ std::cout<<lpNode->GetIdxList()[i]->GetData()<<" ";
+ lpNode = lpNode->GetIdxList()[i];
+ }
+ std::cout<<std::endl;
+ if(l >= 0){
+ break;
+ }
+ }
+ }
+}
+int GetRandom()
+{
+ static int _count = 1;
+std::default_random_engine generator(time(0) + _count);
+std::uniform_int_distribution<int> distribution(1,99999/*0x7FFFFFFF*/);
+int dice_roll = distribution(generator);
+ _count += 100;
+return dice_roll;
+}
+int CSkipList::RandomLevel()
+{
+ int level = 1;
+ for(int i=1; i<MAX_LEVEL; ++i){
+ if(1 == (GetRandom()%3)){
+ level++;
+ }
+ }
+ return level;
+}