tpl_rb_tree.H

# ifndef TPL_RB_TREE_H
# define TPL_RB_TREE_H

# include <ahFunction.H>
# include <tpl_arrayStack.H>
# include <tpl_binNodeUtils.H>
# include <rbNode.H>

using namespace Aleph;

namespace Aleph {

  template <template <typename> class NodeType, typename Key, class Compare>
class Gen_Rb_Tree 
{
public:

  typedef NodeType<Key> Node;

private:

  Node              head_node; // cabecera centinela
  Node *            head;      // puntero a centinela
  Node *&           root; 
  FixedStack<Node*> rb_stack; 
  Compare &         cmp;

  Node * search_and_stack_rb(const Key & key)             
  {
    Node * p = root; 
    rb_stack.push(head);
    do 
      {
        rb_stack.push(p); 
        if (cmp(key, KEY(p)))
          p = LLINK(p);
        else if (cmp(KEY(p), key))
          p = RLINK(p);
        else
          return p;
      }
    while (p != Node::NullPtr);

    return rb_stack.top();
  }

  Node * search_dup_and_stack_rb(const Key & key)                 
  {
    Node * p = root; 
    rb_stack.push(head);
    do 
      {
        rb_stack.push(p); 
        if (cmp(key, KEY(p)))
          p = LLINK(p);
        else 
          p = RLINK(p);
      }
    while (p != Node::NullPtr);

    return rb_stack.top();
  }

  void fix_red_condition(Node * p)
  {
    I(COLOR(p) == RED);

    while (p != root) 
      {
        Node * pp = rb_stack.pop(); // padre de p
        if (COLOR(pp) == BLACK) // ¿padre de p negro?
          break; // sí ==> no hay rojos consecutivos ==> terminar

        if (root == pp) // ¿p es hijo directo de la raíz?
          {    // sí ==> colorear raíz de negro y terminar
            COLOR(root) = BLACK; 
            break; 
          }

        Node * ppp = rb_stack.pop(); // abuelo de p
        Node * spp = LLINK(ppp) == pp ? RLINK(ppp) : LLINK(ppp); // tío
        if (COLOR(spp) == RED) // ¿tío de p rojo?
          {     // intercambiar colores entre los niveles
            COLOR(ppp) = RED;
            COLOR(pp)  = BLACK;
            COLOR(spp) = BLACK;
            p = ppp;
            continue; // ir próximo ancestro, verificar violaciones
          }

        Node * pppp = rb_stack.pop(); // bisabuelo de p
        if (LLINK(pp) == p and LLINK(ppp) == pp)
          {
            rotate_to_right(ppp, pppp);
            COLOR(pp) = BLACK;
          }
        else if (RLINK(pp) == p and RLINK(ppp) == pp)
          {
            rotate_to_left(ppp, pppp);
            COLOR(pp) = BLACK;
          }
        else 
          {
            if (RLINK(pp) == p)
              {
                rotate_to_left(pp, ppp);
                rotate_to_right(ppp, pppp);
              }
            else
              {
                rotate_to_right(pp, ppp);
                rotate_to_left(ppp, pppp);
              }
            COLOR(p) = BLACK;
          }

        COLOR(ppp) = RED;
        break; // árbol es rojo-negro ==> terminar
      }

     rb_stack.empty();
  }

  void find_succ_and_swap(Node * p, Node *& pp)
  {
    Node *& ref_rb_stack = rb_stack.top(); 

    /* Find successor while updating rb_stack */
    Node * fSucc = p;        // successor's parent
    Node * succ  = RLINK(p); // Searching starts from p's right child 
    rb_stack.push(succ);

    while (LLINK(succ) != Node::NullPtr)  // go down to leftmost
      {
        fSucc = succ;
        succ  = LLINK(succ);
        rb_stack.push(succ);
      }

    ref_rb_stack   = succ; /* swap old top with current top */
    rb_stack.top() = p; 

    if (LLINK(pp) == p) /* Setting of parent of p to new child(succ) */ 
      LLINK(pp) = succ;
    else
      RLINK(pp) = succ;

    LLINK(succ) = LLINK(p); /* Swaps left branches */
    LLINK(p)    = Node::NullPtr; 

    if (RLINK(p) == succ) /* For right branches there are two cases */
      { /* successor is just right child of p */   
        RLINK(p)    = RLINK(succ); 
        RLINK(succ) = p;
        pp          = succ;
      }
    else
      { /* Successor is leftmost node descending from right child of p */ 
        Node *succr  = RLINK(succ); 
        RLINK(succ)  = RLINK(p);
        LLINK(fSucc) = p;
        RLINK(p)     = succr;
        pp           = fSucc;
      }

    std::swap(COLOR(succ), COLOR(p));
  }

  void fix_black_condition(Node * p)
  {
    if (COLOR(p) == RED) // ¿p es rojo?
      {     // sí ==> lo pintamos de negro y terminamos
        COLOR(p) = BLACK; // esto compensa el déficit 
        return;
      }

    Node * pp = rb_stack.popn(2); // padre de p
    while (p != root)
      {
        I(LLINK(pp) == p or RLINK(pp) == p);
        I(LLINK(rb_stack.top()) == pp or RLINK(rb_stack.top()) == pp);

        Node * sp = LLINK(pp) == p ? RLINK(pp) : LLINK(pp); // hermano p
        if (COLOR(sp) == RED) // ¿hermano de p es rojo?
          {
            Node *& ppp = rb_stack.top(); // abuelo de p

            if (LLINK(pp) == p)
              {
                sp  = LLINK(sp);
                ppp = rotate_to_left(pp, ppp);
              }
            else
              {
                sp  = RLINK(sp);
                ppp = rotate_to_right(pp, ppp);
              }

            COLOR(ppp) = BLACK;
            COLOR(pp)  = RED;
          }

        Node * np, * snp; // sobrinos de nodo p
        if (LLINK(pp) == p) // ¿p es hijo izquierdo?
          {     // sí ==> que sp es hijo derechos
            np  = RLINK(sp);
            snp = LLINK(sp);
          }
        else
          {
            np  = LLINK(sp);
            snp = RLINK(sp);
          }

        if (COLOR(np) == RED) // ¿np es rojo?
          {
            Node * ppp = rb_stack.top();

            if (RLINK(sp) == np)
              rotate_to_left(pp, ppp);
             else
              rotate_to_right(pp, ppp);

            COLOR(sp) = COLOR(pp);
            COLOR(pp) = BLACK;
            COLOR(np) = BLACK;

            return;
          }

        if (COLOR(snp) == RED) // ¿snp es rojo?
          {
            Node * ppp = rb_stack.top();

            if (LLINK(sp) == snp)
              {
                rotate_to_right(sp, pp);
                rotate_to_left(pp, ppp);
              }
            else
              {
                rotate_to_left(sp, pp);
                rotate_to_right(pp, ppp);
              }

            COLOR(snp) = COLOR(pp);
            COLOR(pp)  = BLACK;;

            return;
          }

        if (COLOR(pp) == RED) // ¿pp es rojo?
          {
            COLOR(pp) = BLACK;
            COLOR(sp) = RED;;
            return;
          }

          // no hay nodo rojo en las adyacencias de p ==> desplazar el
          // déficit hacia pp y repetir la iteración
        COLOR(sp) = RED;
        p         = pp;
        pp        = rb_stack.pop(); 
      }
  }


public:

  typedef Key key_type;

  Compare & key_comp() { return cmp; }

  Compare & get_compare() { return key_comp(); }

  Gen_Rb_Tree(Compare && __cmp) 
    : rb_stack(Node::MaxHeight), head(&head_node), 
      root(head_node.getR()), cmp(__cmp)
  {
    /* empty */ 
  }

  Gen_Rb_Tree(Compare & __cmp) 
    : rb_stack(Node::MaxHeight), head(&head_node), 
      root(head_node.getR()), cmp(__cmp)
  {
    /* empty */ 
  }

  void swap (Gen_Rb_Tree & tree)
  {
    std::swap(root, tree.root);
    std::swap(cmp, tree.cmp);
  }

  virtual ~Gen_Rb_Tree() { /* empty */ }

  Node * search(const Key & key)
  {
    Node * retVal = Aleph::searchInBinTree <Node, Compare> (root, key, cmp);
    return retVal == Node::NullPtr ? NULL : retVal;
  }

  Node *& getRoot() { return root; }
  Node * insert(Node * p)
  {
    I(COLOR(p) == RED);

    if (root == Node::NullPtr) 
      return root = p; // inserción en árbol vacío

    Node * q = search_and_stack_rb(KEY(p));
    if (cmp(KEY(p), KEY(q))) 
      LLINK(q) = p;
    else if (cmp(KEY(q), KEY(p))) 
      RLINK(q) = p;
    else
      {
        rb_stack.empty();
        return NULL;  // clave duplicada
      }
    fix_red_condition(p);

    return p;
  }

  Node * search_or_insert(Node * p)
  {
    I(COLOR(p) == RED);

    if (root == Node::NullPtr) 
      return root = p; // inserción en árbol vacío

    Node * q = search_and_stack_rb(KEY(p));
    if (cmp(KEY(p), KEY(q))) 
      LLINK(q) = p;
    else if (cmp(KEY(q), KEY(p))) 
      RLINK(q) = p;
    else
      {
        rb_stack.empty();
        return q;  // clave duplicada
      }
    fix_red_condition(p);

    return p;
  }

  Node * insert_dup(Node * p)
  {
    I(COLOR(p) == RED);

    if (root == Node::NullPtr) 
      return root = p; // inserción en árbol vacío

    Node * q = search_dup_and_stack_rb(KEY(p));
    if (cmp(KEY(p), KEY(q))) 
      LLINK(q) = p;
    else 
      RLINK(q) = p;

    fix_red_condition(p);

    return p;
  }

  bool verify() { return is_red_black_tree(root) ; }

  Node* remove(const Key & key)
  {
    if (root == Node::NullPtr) 
      return NULL;

    Node * q = search_and_stack_rb(key);
    if (no_equals<Key, Compare> (KEY(q), key, cmp)) // ¿clave no encontrada?
      {    
        rb_stack.empty();
        return NULL;
      }

    Node * pq = rb_stack.top(1); // padre de 1
    Node * p; // hijo de q luego de que éste ha sido eliminado
    while (true) // eliminación clásica árbol binario de búsqueda
      {
        if (LLINK(q) == Node::NullPtr) 
          {
            if (LLINK(pq) == q)
              p = LLINK(pq) = RLINK(q);
            else
              p = RLINK(pq) = RLINK(q);

            break; // goto end;
          }

        if (RLINK(q) == Node::NullPtr) 
          {
            if (LLINK(pq) == q)
              p = LLINK(pq) = LLINK(q);
            else
              p = RLINK(pq) = LLINK(q);

            break; // goto end;
          }

        find_succ_and_swap(q, pq);
      }

    if (COLOR(q) == BLACK) // ¿se eliminó un nodo negro?
      fix_black_condition(p);

    q->reset();
    rb_stack.empty();

    return q;
  }
};
    template <typename Key, class Compare = Aleph::less<Key>>
struct Rb_Tree : public Gen_Rb_Tree<RbNode, Key, Compare> 
{
public:

  Rb_Tree(Compare && cmp = Compare()) 
    : Gen_Rb_Tree<RbNode, Key, Compare> (std::move(cmp))
  {
    // empty
  }

  Rb_Tree(Compare & cmp) 
    : Gen_Rb_Tree<RbNode, Key, Compare> (cmp)
  {
    // empty
  }
};

    template <typename Key, class Compare = Aleph::less<Key>>
struct Rb_Tree_Vtl : public Gen_Rb_Tree<RbNodeVtl, Key, Compare> 
{
public:

  Rb_Tree_Vtl(Compare && cmp = Compare())
    :  Gen_Rb_Tree<RbNodeVtl, Key, Compare> (std::move(cmp))
  {
    // empty
  }

  Rb_Tree_Vtl(Compare & cmp)
    :  Gen_Rb_Tree<RbNodeVtl, Key, Compare> (cmp)
  {
    // empty
  }
};

} // end namespace Aleph

# endif // TPL_RB_TREE_H