std::map 的排序是如何实现的？答案

【问题标题】：How is the ordering of std::map achieved?std::map 的排序是如何实现的？
【发布时间】：2015-01-31 12:31:53
【问题描述】：

我们可以从几个来源看到 std::map 是使用红黑树实现的。据我了解，这些类型的数据结构不会以任何特定的顺序保存其元素，而只是保持 BST 属性和高度平衡要求。

那么，为什么 map::begin 是常数时间，并且我们能够迭代有序序列？

【问题讨论】：

stackoverflow.com/a/7648812/3651800
@Matt Courbrough 这表示 std::map 保证被排序，而不是如何使用红黑树来实现。
可能误解了您的问题，但这些答案说明了用于订购的比较功能。
DietrichEpp 的回答涵盖了排序方面。关于“那么，map::begin 是如何成为常数时间的”——而不是在调用 begin 时通过树下降（将是 O(log2N)），实现跟踪（它在内部选择指针或迭代器——无论如何最终可能是相同的事情 - 但begin 本身显然会返回一个迭代器）当前树中的最低值节点，如果需要在erase、insert 等之后更新它 - 所以它可以是在恒定时间内提供。最后一个节点将被类似地跟踪（对于rbegin()）。
@Tony D 这对于开始迭代器是有意义的。我猜它一定是在做一些事情，比如遍历并在某个时候对其进行排序以获得序列的其余部分？

【解决方案1】：

从 std::map 内部维护 BST 的前提开始（标准没有严格要求，但大多数库可能会这样做，就像红黑树一样）。

在 BST 中，要找到最小的元素，您只需沿着左分支直到到达叶子，即 O(log(N))。但是，如果您想在恒定时间内交付“begin()”迭代器，只需在内部跟踪最小元素就非常简单。每次插入导致最小元素发生变化时，您都会更新它，仅此而已。当然，这是内存开销，但这是一种权衡。

可能还有其他方法可以挑选出最小的元素（比如故意保持根节点不平衡）。无论哪种方式，都不难做到。

要遍历“有序”序列，您只需按顺序遍历树。从最左边的叶子节点开始，你去（上），（右），（上，上），（右），......等等..这是一套简单的规则，很容易实现，只需@ 987654321@ 我不久前写的。当您进行中序遍历时，您将按照正确的顺序从最小到最大访问每个节点。换句话说，它只是给你“数组”已排序的错觉，但实际上，是遍历使它看起来像是已排序。

【讨论】：

谢谢，我错过了产生排序顺序的中序遍历部分。
@SteveM 在旁注中，像std::map 这样的容器并不擅长迭代。树遍历的逻辑，加上你一直在内存中跳转的事实，使得在实践中的性能很差。因此，请考虑将它们用于“主要查找，偶尔的有序遍历”或查找值范围之类的事情。对于快速遍历，您通常最好维护一个已排序的std::vector。 My diagram 提到了这一点。

【解决方案2】：

红黑树的平衡特性允许您以 O(log N) 的成本在树中的任何位置插入一个节点。对于典型的std::map 实现，容器会保持树的排序，每当插入新节点时，将其插入正确的位置以保持树的排序，然后重新平衡树以保持红黑属性。

所以不，红黑树本身并不是排序的。

【讨论】：

【解决方案3】：

RB 树是二叉搜索树。二叉搜索树不一定以任何特定的顺序存储它们的元素，但你总是可以得到一个中序遍历。我不确定 map::begin 如何保证恒定时间，我假设这涉及始终记住最小元素的路径（通常是 O(log(n))）。

【讨论】：