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package stlextension
import (
"fmt"
"math"
"reflect"
"sync"
jsoniter "github.com/json-iterator/go"
)
func max(a, b int) (m int) {
if a > b {
return a
} else {
return b
}
}
// Key key 必须要实现 Less 比较方法
type Key interface {
// Less 是否小于 v
Less(v Key) (bool, error)
}
// IntKey ...
type IntKey int64
// Less ...
func (i IntKey) Less(v Key) (bool, error) {
x, ok := v.(IntKey)
if ok {
return i < x, nil
}
y, ok := v.(*IntKey)
if ok {
return i < *y, nil
}
return false, fmt.Errorf("can not compare between IntKey and %s", reflect.ValueOf(v).Type().Name())
}
// IntKey ...
type FloatKey float64
func sgn(x float64) int {
if math.Abs(x) <= 1e-15 {
return 0
}
if x < 0 {
return -1
}
return 1
}
// Less ...
func (f FloatKey) Less(v Key) (bool, error) {
x, ok := v.(FloatKey)
if ok {
return sgn(float64(f)-float64(x)) < 0, nil
}
y, ok := v.(*FloatKey)
if ok {
return sgn(float64(f)-float64(*y)) < 0, nil
}
return false, fmt.Errorf("can not compare between FloatKey and %s", reflect.ValueOf(v).Type().Name())
}
// StringKey ...
type StringKey string
// Less ...
func (s StringKey) Less(v Key) (bool, error) {
x, ok := v.(StringKey)
if ok {
return s < x, nil
}
y, ok := v.(*StringKey)
if ok {
return s < *y, nil
}
return false, fmt.Errorf("can not compare between StringKey and %s", reflect.ValueOf(v).Type().Name())
}
// OrderedMap 按照 key 排序的 map,可以实现顺序遍历。
// OrderedMap 使用 avl 树实现,是线程安全的。
// 和 c++ map 对比测试,1000 万的随机的增删查操作:
// OrderedMap: 21806 ms, c++ map: 11592ms,效率比 c++ map 慢两倍。
// next 遍历整个 map, OrderedMap: 676ms, c++ map: 171ms;
// prev 遍历整个 map, OrderedMap: 663ms, c++ map: 198ms;
// 遍历的效率大概比 c++ map 的慢三倍。
type OrderedMap struct {
root *node // 根节点指针
size int // 存储元素数量
mutex sync.Mutex // 并发控制锁
}
type node struct {
key Key // 节点中存储的元素 key
value interface{} // 节点中存储的元素 value
num int // 该元素数量
depth int // 该节点的深度
left *node // 左节点指针
right *node // 右节点指针
}
func (n *node) getDepth() (depth int) {
if n == nil {
return 0
}
return n.depth
}
func newNode(key Key, v interface{}) (n *node) {
return &node{
key: key,
value: v,
num: 1,
depth: 1,
left: nil,
right: nil,
}
}
// leftRotate 左旋转
func (n *node) leftRotate() (m *node) {
headNode := n.right
n.right = headNode.left
headNode.left = n
// 更新结点高度
n.depth = max(n.left.getDepth(), n.right.getDepth()) + 1
headNode.depth = max(headNode.left.getDepth(), headNode.right.getDepth()) + 1
return headNode
}
// rightRotate 右旋转
func (n *node) rightRotate() (m *node) {
headNode := n.left
n.left = headNode.right
headNode.right = n
// 更新结点高度
n.depth = max(n.left.getDepth(), n.right.getDepth()) + 1
headNode.depth = max(headNode.left.getDepth(), headNode.right.getDepth()) + 1
return headNode
}
// rightLeftRotate 右旋转, 之后左旋转
func (n *node) rightLeftRotate() (m *node) {
sonHeadNode := n.right.rightRotate()
n.right = sonHeadNode
return n.leftRotate()
}
// leftRightRotate 左旋转, 之后右旋转
func (n *node) leftRightRotate() (m *node) {
sonHeadNode := n.left.leftRotate()
n.left = sonHeadNode
return n.rightRotate()
}
// getNextAndSwap 交换后继结点
func (n *node) getNextAndSwap(swap *node) {
if n == nil {
return
}
if n.left == nil {
swap.key, swap.value, swap.num = n.key, n.value, n.num
n.num = 1
} else {
n.left.getNextAndSwap(swap)
}
}
// adjust 以 node 平衡二叉树节点做接收者,对 n 节点进行旋转以保持节点左右子树平衡。
func (n *node) adjust() (m *node) {
if n.right.getDepth()-n.left.getDepth() >= 2 {
// 右子树高于左子树且高度差超过 2,此时应当对 n 进行左旋
if n.right.right.getDepth() > n.right.left.getDepth() {
// 由于右右子树高度超过右左子树,故可以直接左旋
n = n.leftRotate()
} else {
// 由于右右子树不高度超过右左子树
// 所以应该先右旋右子树使得右子树高度不超过左子树
// 随后 n 节点左旋
n = n.rightLeftRotate()
}
} else if n.left.getDepth()-n.right.getDepth() >= 2 {
// 左子树高于右子树且高度差超过 2,此时应当对 n 进行右旋
if n.left.left.getDepth() > n.left.right.getDepth() {
// 由于左左子树高度超过左右子树,故可以直接右旋
n = n.rightRotate()
} else {
// 由于左左子树高度不超过左右子树
// 所以应该先左旋左子树使得左子树高度不超过右子树
// 随后n节点右旋
n = n.leftRightRotate()
}
}
return n
}
func (n *node) insert(key Key, value interface{}) (m *node, isSame bool, err error) {
// 节点不存在,应该创建并插入二叉树中
if n == nil {
return newNode(key, value), false, nil
}
ok, err := key.Less(n.key)
if err != nil {
return n, false, err
}
if ok {
// 从左子树继续插入
n.left, isSame, err = n.left.insert(key, value)
if err != nil {
return n, false, err
}
if !isSame {
// 插入成功,对该节点进行平衡
n = n.adjust()
n.depth = max(n.left.getDepth(), n.right.getDepth()) + 1
}
return n, isSame, nil
}
ok, err = n.key.Less(key)
if err != nil {
return n, false, err
}
if ok {
// 从右子树继续插入
n.right, isSame, err = n.right.insert(key, value)
if err != nil {
return n, isSame, err
}
if !isSame {
// 插入成功, 对该节点进行平衡
n = n.adjust()
n.depth = max(n.left.getDepth(), n.right.getDepth()) + 1
}
return n, isSame, nil
}
// 不允许重复,对值进行覆盖
n.value = value
return n, true, nil
}
func (n *node) erase(key Key) (m *node, b bool, err error) {
if n == nil {
// 待删除值不存在,删除失败
return n, false, nil
}
less, err := key.Less(n.key)
if err != nil {
return n, false, err
}
big, err := n.key.Less(key)
if err != nil {
return n, false, err
}
if less {
// 从左子树继续删除
n.left, b, err = n.left.erase(key)
} else if big {
//从右子树继续删除
n.right, b, err = n.right.erase(key)
} else {
// 存在相同值,从该节点删除
b = true
if n.num > 1 {
// 有重复值,节点无需删除,直接 -1 即可
n.num--
} else {
// 该节点需要被删除
if n.left != nil && n.right != nil {
// 找到该节点后继节点进行交换
n.right.getNextAndSwap(n)
//从右节点继续删除,同时可以保证删除的节点必然无左节点
n.right, b, err = n.right.erase(n.key)
} else if n.left != nil {
n = n.left
} else {
n = n.right
}
}
}
// 当 n 节点仍然存在时,对其进行调整
if n != nil && err == nil {
n.depth = max(n.left.getDepth(), n.right.getDepth()) + 1
n = n.adjust()
}
return n, b, err
}
func (n *node) count(key Key) (num int, err error) {
if n == nil {
return 0, nil
}
less, err := key.Less(n.key)
if err != nil {
return 0, err
}
big, err := n.key.Less(key)
if err != nil {
return 0, err
}
if less {
return n.left.count(key)
}
if big {
return n.right.count(key)
}
return n.num, nil
}
func (n *node) find(key Key) (value interface{}, b bool, err error) {
if n == nil {
return nil, false, nil
}
less, err := key.Less(n.key)
if err != nil {
return nil, false, err
}
big, err := n.key.Less(key)
if err != nil {
return nil, false, err
}
if less {
return n.left.find(key)
}
if big {
return n.right.find(key)
}
return n.value, true, nil
}
func (n *node) prev(key Key) (preNode *node, err error) {
if n == nil || key == nil {
return nil, nil
}
big, err := n.key.Less(key)
if err != nil {
return nil, err
}
if !big {
return n.left.prev(key)
}
preNode = n
if n.right != nil {
tmpNode, err := n.right.prev(key)
if err != nil {
return nil, err
}
if tmpNode != nil {
preNode = tmpNode
}
}
return preNode, err
}
func (n *node) next(key Key) (nextNode *node, err error) {
if n == nil || key == nil {
return nil, nil
}
less, err := key.Less(n.key)
if err != nil {
return nil, err
}
if !less {
return n.right.next(key)
}
nextNode = n
if n.left != nil {
tmpNode, err := n.left.next(key)
if err != nil {
return nil, err
}
if tmpNode != nil {
nextNode = tmpNode
}
}
return nextNode, err
}
func (n *node) findMinNode() *node {
if n == nil {
return nil
}
if n.left != nil {
return n.left.findMinNode()
}
return n
}
func (n *node) findMaxNode() *node {
if n == nil {
return nil
}
if n.right != nil {
return n.right.findMaxNode()
}
return n
}
// Insert 插入元素
func (om *OrderedMap) Insert(key Key, value interface{}) (err error) {
if om == nil {
return fmt.Errorf("OrderedMap is nil")
}
if key == nil {
return fmt.Errorf("key is nil")
}
om.mutex.Lock()
defer om.mutex.Unlock()
if om.root == nil {
// 二叉树为空, 用根节点承载元素 key
om.root = newNode(key, value)
om.size = 1
return
}
// 从根节点进行插入, 并返回节点, 同时返回是否插入成功
var isSame bool
om.root, isSame, err = om.root.insert(key, value)
if err != nil {
// 失败
return err
}
if !isSame {
om.size++
}
return nil
}
// Erase 删除元素
func (om *OrderedMap) Erase(key Key) (err error) {
if om.Empty() {
return
}
less, err := key.Less(om.root.key)
if err != nil {
return err
}
big, err := om.root.key.Less(key)
if err != nil {
return err
}
om.mutex.Lock()
defer om.mutex.Unlock()
if om.size == 1 && !less && !big {
// 二叉树仅持有一个元素且根节点等价于待删除元素, 将二叉树根节点置为 nil
om.root = nil
om.size = 0
return
}
var b bool
om.root, b, err = om.root.erase(key)
if err != nil {
return err
}
if b {
om.size--
}
return nil
}
// Count 查找 key 的个数
func (om *OrderedMap) Count(key Key) (num int, err error) {
if om.Empty() {
return 0, nil
}
om.mutex.Lock()
defer om.mutex.Unlock()
num, err = om.root.count(key)
return num, nil
}
// Find 查询 key 的 value
func (om *OrderedMap) Find(key Key) (value interface{}, found bool, err error) {
if om.Empty() {
return nil, false, nil
}
om.mutex.Lock()
defer om.mutex.Unlock()
return om.root.find(key)
}
// Begin 获取最小的元素的 key 和 value,配合 Next 进行迭代
func (om *OrderedMap) Begin() (key Key, value interface{}) {
if om.Empty() {
return nil, nil
}
om.mutex.Lock()
defer om.mutex.Unlock()
n := om.root.findMinNode()
if n == nil {
return nil, nil
}
return n.key, n.value
}
// Next 寻找比 key 大的下一个节点
func (om *OrderedMap) Next(key Key) (nextkey Key, nextvalue interface{}, err error) {
if om.Empty() {
return nil, nil, nil
}
om.mutex.Lock()
defer om.mutex.Unlock()
n, err := om.root.next(key)
if err != nil {
return nil, nil, err
}
if n == nil {
return nil, nil, nil
}
return n.key, n.value, nil
}
// RBegin 获取最大的元素的 key 和 value,配合 Prev 进行迭代
func (om *OrderedMap) RBegin() (key Key, value interface{}) {
if om == nil {
return nil, nil
}
om.mutex.Lock()
defer om.mutex.Unlock()
n := om.root.findMaxNode()
if n == nil {
return nil, nil
}
return n.key, n.value
}
// Prev 寻找比 key 小的下一个节点
func (om *OrderedMap) Prev(key Key) (prekey Key, prevalue interface{}, err error) {
if om.Empty() {
return nil, nil, nil
}
om.mutex.Lock()
defer om.mutex.Unlock()
n, err := om.root.prev(key)
if err != nil {
return nil, nil, err
}
if n == nil {
return nil, nil, nil
}
return n.key, n.value, nil
}
// Clear clear order map
func (om *OrderedMap) Clear() {
if om == nil {
return
}
om.mutex.Lock()
defer om.mutex.Unlock()
om.root = nil
om.size = 0
}
// Empty 是否为空
func (om *OrderedMap) Empty() bool {
if om == nil {
return true
}
return om.size == 0 || om.root == nil
}
// Size 返回 map 大小
func (om *OrderedMap) Size() int {
if om == nil {
return 0
}
return om.size
}
// String 转换成字符串
func (om *OrderedMap) String() string {
if om.Empty() {
return "{}"
}
m := map[interface{}]interface{}{}
for key, value := om.Begin(); key != nil; key, value, _ = om.Next(key) {
m[key] = value
}
var json = jsoniter.ConfigCompatibleWithStandardLibrary
bs, _ := json.MarshalToString(m)
return bs
}