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283d926b27
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455
bintree.h
Normal file
455
bintree.h
Normal file
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@ -0,0 +1,455 @@
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#include <cassert>
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#ifdef DUMP
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#include <iostream>
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using std::cout;
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using std::endl;
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#endif
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typedef unsigned int Umword;
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typedef int Mword;
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template <typename Key>
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class Bin_tree;
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template <typename _Key = Umword>
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struct Bin_tree_node {
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private:
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friend class Bin_tree<_Key>;
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void recalc()
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{
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Umword leftHeight =
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(left == nullptr) ? 0 : left->height + 1;
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Umword rightHeight =
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(right == nullptr) ? 0 : right->height + 1;
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balance = leftHeight - rightHeight;
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height = (leftHeight < rightHeight ? rightHeight : leftHeight);
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}
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public:
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||||||
|
typedef _Key Key;
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protected:
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typedef Bin_tree_node<Key> Self;
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|
typedef Bin_tree<Key> Tree;
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|
|
||||||
|
constexpr Bin_tree_node(Key key)
|
||||||
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: key(key), parent(nullptr), left(nullptr),
|
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right(nullptr), tree(nullptr),
|
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|
balance(0), height(0)
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{}
|
||||||
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||||||
|
constexpr Bin_tree_node()
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||||||
|
: Bin_tree_node(0)
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|
{}
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||||||
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||||||
|
Self* parent;
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||||||
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Self* left;
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Self* right;
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Tree* tree;
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// AVL Tree
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Mword balance;
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Umword height;
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public:
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Key key;
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};
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template <typename Key = Umword>
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|
class Bin_tree {
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|
protected:
|
||||||
|
typedef Bin_tree_node<Key> Node;
|
||||||
|
private:
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Node* root;
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|
Node* findByKey(Key key) const
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{
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Node* iterparent = nullptr;
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Node* iter = root;
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while(iter != nullptr)
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{
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iterparent = iter;
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if(key < iter->key) {
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|
iter = iter->left;
|
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} else if(key > iter->key) {
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|
iter = iter->right;
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} else {
|
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break;
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}
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}
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return iterparent;
|
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|
}
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|
Node* findLeft(Node* start) const
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|
{
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assert(start != nullptr);
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Node* iter = start;
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while(iter->left != nullptr)
|
||||||
|
{
|
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iter = iter->left;
|
||||||
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}
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||||||
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return iter;
|
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|
}
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|
void replaceInParent(Node* node, Node* replace) {
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||||||
|
assert(node->parent);
|
||||||
|
assert(node->parent->left == node
|
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|
|| node->parent->right == node);
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|
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|
assert(node->parent);
|
||||||
|
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|
if(node->parent->left == node)
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||||||
|
{
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||||||
|
node->parent->left = replace;
|
||||||
|
if(replace) replace->parent = node->parent;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
else if(node->parent->right == node)
|
||||||
|
{
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||||||
|
node->parent->right = replace;
|
||||||
|
if(replace) replace->parent = node->parent;
|
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}
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||||||
|
}
|
||||||
|
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|
void leafRemove(Node* leaf)
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{
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|
assert(leaf->left == nullptr
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|| leaf->right == nullptr);
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||||||
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|
if(leaf->left == nullptr && leaf->right == nullptr)
|
||||||
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{
|
||||||
|
if(leaf->parent != nullptr)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
assert(leaf->parent->left == leaf
|
||||||
|
|| leaf->parent->right == leaf);
|
||||||
|
replaceInParent(leaf, nullptr);
|
||||||
|
rebalance(leaf->parent, 1, 2);
|
||||||
|
}
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||||||
|
else
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|
root = nullptr;
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|
}
|
||||||
|
else if(leaf->left == nullptr)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
if(leaf->parent != nullptr)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
assert(leaf->parent->left == leaf
|
||||||
|
|| leaf->parent->right == leaf);
|
||||||
|
replaceInParent(leaf, leaf->right);
|
||||||
|
rebalance(leaf->parent, 1, 2);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
else
|
||||||
|
{
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|
root = leaf->right;
|
||||||
|
leaf->right->parent = nullptr;
|
||||||
|
}
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||||||
|
}
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||||||
|
else if(leaf->right == nullptr)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
if(leaf->parent != nullptr)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
replaceInParent(leaf, leaf->left);
|
||||||
|
rebalance(leaf->parent, 1, 2);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
else
|
||||||
|
{
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|
root = leaf->left;
|
||||||
|
leaf->left->parent = nullptr;
|
||||||
|
}
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||||||
|
}
|
||||||
|
|
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|
leaf->parent = nullptr;
|
||||||
|
leaf->left = nullptr;
|
||||||
|
leaf->right = nullptr;
|
||||||
|
leaf->tree = nullptr;
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||||||
|
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|
leaf->recalc();
|
||||||
|
}
|
||||||
|
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|
void
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||||||
|
rebalance(Node* start, Mword abortCond, Mword rebalanceCond)
|
||||||
|
{
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||||||
|
for(Node* iter = start; iter != nullptr; iter = iter->parent)
|
||||||
|
{
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||||||
|
iter->recalc();
|
||||||
|
|
||||||
|
Mword absBalance =
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|
(iter->balance < 0) ? -(iter->balance) : iter->balance;
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if(absBalance == abortCond)
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|
{
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||||||
|
break;
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||||||
|
}
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||||||
|
else if(absBalance == rebalanceCond)
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|
{
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||||||
|
// Left side is taller
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||||||
|
if(iter->balance > 0)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
// Left side's right side is taller
|
||||||
|
if(iter->left && iter->left->balance < 0)
|
||||||
|
{
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||||||
|
rotateLeft(iter->left);
|
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|
}
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||||||
|
rotateRight(iter);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
// Right side is taller
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||||||
|
else
|
||||||
|
{
|
||||||
|
// Right side's left side is taller
|
||||||
|
if(iter->right && iter->right->balance > 0)
|
||||||
|
{
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||||||
|
rotateRight(iter->right);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
rotateLeft(iter);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// then abort
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
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|
void rotateLeft(Node* node) {
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assert(node);
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|
assert(node->right);
|
||||||
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|
Node* partner = node->right;
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|
|
||||||
|
node->right = partner->left;
|
||||||
|
|
||||||
|
if(node->right)
|
||||||
|
node->right->parent = node;
|
||||||
|
|
||||||
|
// No parent, partner is the new root
|
||||||
|
if(node->parent == nullptr)
|
||||||
|
root = partner;
|
||||||
|
else
|
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|
replaceInParent(node, partner);
|
||||||
|
|
||||||
|
partner->parent = node->parent;
|
||||||
|
node->parent = partner;
|
||||||
|
|
||||||
|
partner->left = node;
|
||||||
|
|
||||||
|
assert(node->parent == nullptr
|
||||||
|
|| node->parent->left == node
|
||||||
|
|| node->parent->right == node);
|
||||||
|
|
||||||
|
assert(partner->parent == nullptr
|
||||||
|
|| partner->parent->left == partner
|
||||||
|
|| partner->parent->right == partner);
|
||||||
|
|
||||||
|
assert(node->left == nullptr
|
||||||
|
|| node->left->parent == node);
|
||||||
|
|
||||||
|
assert(node->right == nullptr
|
||||||
|
|| node->right->parent == node);
|
||||||
|
|
||||||
|
assert(partner->left == nullptr
|
||||||
|
|| partner->left->parent == partner);
|
||||||
|
|
||||||
|
assert(partner->right == nullptr
|
||||||
|
|| partner->right->parent == partner);
|
||||||
|
|
||||||
|
node->recalc();
|
||||||
|
partner->recalc();
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
void rotateRight(Node* node) {
|
||||||
|
assert(node);
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||||||
|
assert(node->left);
|
||||||
|
|
||||||
|
Node* partner = node->left;
|
||||||
|
|
||||||
|
node->left = partner->right;
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||||||
|
|
||||||
|
if(node->left)
|
||||||
|
node->left->parent = node;
|
||||||
|
|
||||||
|
// No parent, partner is the new root
|
||||||
|
if(node->parent == nullptr)
|
||||||
|
root = partner;
|
||||||
|
else
|
||||||
|
replaceInParent(node,partner);
|
||||||
|
|
||||||
|
partner->parent = node->parent;
|
||||||
|
node->parent = partner;
|
||||||
|
|
||||||
|
partner->right = node;
|
||||||
|
|
||||||
|
assert(node->parent == nullptr
|
||||||
|
|| node->parent->left == node
|
||||||
|
|| node->parent->right == node);
|
||||||
|
|
||||||
|
assert(partner->parent == nullptr
|
||||||
|
|| partner->parent->left == partner
|
||||||
|
|| partner->parent->right == partner);
|
||||||
|
|
||||||
|
assert(node->left == nullptr
|
||||||
|
|| node->left->parent == node);
|
||||||
|
|
||||||
|
assert(node->right == nullptr
|
||||||
|
|| node->right->parent == node);
|
||||||
|
|
||||||
|
assert(partner->left == nullptr
|
||||||
|
|| partner->left->parent == partner);
|
||||||
|
|
||||||
|
assert(partner->right == nullptr
|
||||||
|
|| partner->right->parent == partner);
|
||||||
|
|
||||||
|
node->recalc();
|
||||||
|
partner->recalc();
|
||||||
|
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#ifdef DUMP
|
||||||
|
void dump(Node* node, int indent = 0)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
if(node == nullptr) return;
|
||||||
|
assert(node->tree == this);
|
||||||
|
|
||||||
|
assert(node->left == nullptr
|
||||||
|
|| node->left->parent == node);
|
||||||
|
dump(node->left, indent+1);
|
||||||
|
for(int i = 0; i < indent; i++)
|
||||||
|
cout << " ";
|
||||||
|
cout << node->key << endl;
|
||||||
|
|
||||||
|
assert(node->right == nullptr
|
||||||
|
|| node->right->parent == node);
|
||||||
|
dump(node->right, indent+1);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
#endif
|
||||||
|
|
||||||
|
public:
|
||||||
|
constexpr Bin_tree() : root(nullptr)
|
||||||
|
{}
|
||||||
|
|
||||||
|
bool insert(Node* node)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
assert(node->tree == nullptr);
|
||||||
|
|
||||||
|
if(root == nullptr)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
root = node;
|
||||||
|
root->parent = nullptr;
|
||||||
|
root->left = nullptr;
|
||||||
|
root->right = nullptr;
|
||||||
|
root->tree = this;
|
||||||
|
return true;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
Node* parent = findByKey(node->key);
|
||||||
|
|
||||||
|
if(node->key < parent->key)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
parent->left = node;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
else if(node->key > parent->key)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
parent->right = node;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
else
|
||||||
|
{
|
||||||
|
return false;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
node->parent = parent;
|
||||||
|
node->left = nullptr;
|
||||||
|
node->right = nullptr;
|
||||||
|
node->tree = this;
|
||||||
|
node->height = 0;
|
||||||
|
node->balance = 0;
|
||||||
|
|
||||||
|
rebalance(parent,0,2);
|
||||||
|
|
||||||
|
return true;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
void remove(Node* node)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
assert(node);
|
||||||
|
assert(node->tree == this);
|
||||||
|
|
||||||
|
if(node->left == nullptr || node->right == nullptr)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
leafRemove(node);
|
||||||
|
return;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
Node* replacement = findLeft(node->right);
|
||||||
|
|
||||||
|
leafRemove(replacement);
|
||||||
|
|
||||||
|
if(node == root)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
root = replacement;
|
||||||
|
replacement->parent = nullptr;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
else
|
||||||
|
replaceInParent(node, replacement);
|
||||||
|
|
||||||
|
replacement->left = node->left;
|
||||||
|
replacement->right = node->right;
|
||||||
|
replacement->tree = this;
|
||||||
|
|
||||||
|
if(node->left)
|
||||||
|
node->left->parent = replacement;
|
||||||
|
|
||||||
|
if(node->right)
|
||||||
|
node->right->parent = replacement;
|
||||||
|
|
||||||
|
replacement->recalc();
|
||||||
|
|
||||||
|
node->left = nullptr;
|
||||||
|
node->right = nullptr;
|
||||||
|
node->parent = nullptr;
|
||||||
|
node->tree = nullptr;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
Node* lookup(Key key) const {
|
||||||
|
Node* node = findByKey(key);
|
||||||
|
|
||||||
|
if(node == nullptr || node->key != key)
|
||||||
|
return nullptr;
|
||||||
|
|
||||||
|
return node;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#ifdef DUMP
|
||||||
|
void dump()
|
||||||
|
{
|
||||||
|
cout << "---------------------------------------------" << endl;
|
||||||
|
dump(root);
|
||||||
|
cout << "---------------------------------------------" << endl;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
#endif
|
||||||
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
template<typename T, typename Key = typename T::Key>
|
||||||
|
class Bin_tree_t : Bin_tree<Key> {
|
||||||
|
private:
|
||||||
|
typedef Bin_tree<Key> Base;
|
||||||
|
public:
|
||||||
|
inline
|
||||||
|
bool insert(T* node)
|
||||||
|
{ return Base::insert(static_cast<typename Base::Node*>(node)); }
|
||||||
|
|
||||||
|
inline
|
||||||
|
void remove(T* node)
|
||||||
|
{ Base::remove(static_cast<typename Base::Node*>(node)); }
|
||||||
|
|
||||||
|
inline
|
||||||
|
T* lookup(Key key)
|
||||||
|
{ return static_cast<T*>(Base::lookup(key)); }
|
||||||
|
|
||||||
|
#ifdef DUMP
|
||||||
|
inline
|
||||||
|
void dump()
|
||||||
|
{ Base::dump(); }
|
||||||
|
#endif
|
||||||
|
};
|
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