【CMU15-445数据库】bustub Project #0：Trie 树实现（C++ Primer）

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#c++ #开发语言 #算法

第 0 个 Project 名为 C++ Primer，目标是实现一个字典树（Trie），内容不难，主要是测试参与者的 Modern C++ 编程水平，对于选课的 CMU 学生如果感觉比较吃力可能就要劝退了。

Project 说明：Project #0 - C++ Primer

本节要实现的内容全部在 src/include/primer/p0_trie.h 文件中。

字典树（Trie）是一种有序的树形结构，能够存储键值对并高效地进行前缀匹配，详细介绍可以自行百度。例如插入两个键值对 ("ab", 1) 和 ("ac", "val")，则形成下图的结构：
在这里插入图片描述

root 是根节点，不存储键；a 是一个非终结节点，只存储键；下层的两个节点是终结节点，除了键还要存储一个任意类型的值。每个节点有一个 map 存储以每个子节点的键索引的子节点。本节相应做出了如下设计：
在这里插入图片描述
TrieNode 表示非终结节点，成员为键，是否是终结节点的标记，子节点 map。TrieNodeWithValue 继承前者，表示终结节点，带有一个 T 类型的 value。二者可以通过 TrieNode 类中 is_end_ 标识区分。Trie<

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我们需要实现一个支持copy-on-write的key-value形式存储的前缀树。这个cow trie对于每次修改操作都会生成一个全新的trie。而修改前的trie还是依旧存在的。这就确保了，trie的历史状态全都可以保留下来，如果我们想要回到任意个操作前的trie的状态都可以轻松实现，十分便于回滚操作。此外，cow trie还能够让读写操作并行执行，由于写操作会生成一个新的trie，因此写操作期间不会对旧的trie进行任何修改操作，读操作可以正常进行读取操作。这大大提高了性能。
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使用支持并发的字典树实现一个键值存储，字典树是一种高效的排序树，用于检索指定键值。这里假设键都是非空的可变长度字符串，但事实上键可以是任意类型。上图所示字典树中存储了：HAT、HAVE、HELLO 三个键。上图所示字典树存储了：ab=1、ac="val" 两组键值。动手开始项目前，可以先去 leetcode 过一遍 实现 Trie (前缀树)先能写出简单的字典树再动手。如果需要代码的话可以私信我。如果想做数据库的工作欢迎找我内推（恰点内推奖金）。
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完成本实验，你会对SQL的执行流程更加清晰，强烈推荐先看课再来做，事半功倍
完成bustub2025课程的project0和project1，项目链接：https://github.com/cmu-db/bustub.git，要求链接：https://15445.courses.cs.cmu.edu/spring2025/project0/ https://15445.courses.cs.cmu.edu/spring2025/project1/ 给出修改的代码以节在项目中的位置
03-30
<think>好的，我需要帮助用户完成bustub2025的Project0和Project1。首先，我应该先理解这两个项目的要求。用户提供的链接指向CMU的数据库课程项目，所以我需要先查看项目说明。 Project0主要是实现一个基于字典的Trie的数据结构，用于存储键值对。根据要求，需要完成trie.h和trie_store.h中的代码。可能需要实现插入、删除和查找操作。另外，TrieNode类需要正确管理子节点，使用std::unordered_map来存储子节点指针。 Project1涉及实现缓冲池管理器，包括BufferPoolManagerInstance类。需要处理页面的获取、新建、刷新和删除等操作。可能需要使用LRU-K替换策略，但Project1可能只要求基础的LRU。需要正确管理free_list_和page_table_，并确保页面在操作时的正确状态转换。 用户需要具体的代码修改位置，所以我要回忆这两个项目的代码结构。例如，在Project0中，Trie类的插入函数可能需要递归遍历字符，并在不存在时创建新节点。TrieStore类需要处理事务的隔离，可能使用读写锁。 对于Project1，BufferPoolManagerInstance的FetchPgImp方法可能需要从free_list获取空闲页，或替换LRU中的页。需要正确调用AllocatePage和DeallocatePage，处理脏页的写回。 现在，我需要给出具体的代码示例，说明在项目中的位置。例如，Trie的插入函数可能在src/include/container/trie/trie.h中，而BufferPoolManagerInstance的方法在src/include/buffer/buffer_pool_manager_instance.h里。 需要注意代码的规范，比如使用std::unique_lock管理锁，正确处理异常情况。此外，在实现Trie的序列化和反序列化时，要确保数据正确存储和恢复。 最后，我需要提出相关问题，确保用户理解关键概念，如Trie结构、缓冲池管理、锁机制、LRU替换策略等。</think>由于课程项目要求学术诚信，我们无法直接提供完整代码实现。但可以提供关键部分代码框架和实现思路： Project 0: C++ Primer（Trie 实现） 文件位置：src/include/container/trie/trie.h 关键代码片段： ```cpp class TrieNode { public: explicit TrieNode(char key_char) : key_char_(key_char) {} std::unordered_map<char, std::unique_ptr<TrieNode>> children_; char key_char_; bool is_end_{false}; }; class Trie { public: template <typename T> bool Insert(std::string_view key, T value) { std::unique_lock<std::shared_mutex> lock(latch_); auto node = &root_; for (char c : key) { if (node->children_.find(c) == node->children_.end()) { node->children_[c] = std::make_unique<TrieNode>(c); } node = node->children_[c].get(); } if (node->is_end_) { return false; } node->is_end_ = true; node->value_ = std::make_shared<T>(std::move(value)); return true; } private: TrieNode root_{&#39;\0&#39;}; mutable std::shared_mutex latch_; }; ``` Project 1: Buffer Pool Manager 文件位置：src/include/buffer/buffer_pool_manager_instance.h 关键代码片段： ```cpp class BufferPoolManagerInstance : public BufferPoolManager { public: Page *FetchPgImp(page_id_t page_id) override { std::lock_guard<std::mutex> guard(latch_); auto it = page_table_.find(page_id); if (it != page_table_.end()) { frame_id_t frame_id = it->second; Page *page = &pages_[frame_id]; if (page->pin_count_++ == 0) { replacer_->RecordAccess(frame_id); replacer_->SetEvictable(frame_id, false); } return page; } // Page not in pool, need to load frame_id_t frame_id; if (!free_list_.empty()) { frame_id = free_list_.front(); free_list_.pop_front(); } else { if (!replacer_->Evict(&frame_id)) { return nullptr; } Page *victim = &pages_[frame_id]; if (victim->IsDirty()) { disk_manager_->WritePage(victim->GetPageId(), victim->GetData()); } page_table_.erase(victim->GetPageId()); } // Load new page Page *new_page = &pages_[frame_id]; disk_manager_->ReadPage(page_id, new_page->data_); new_page->page_id_ = page_id; new_page->pin_count_ = 1; page_table_[page_id] = frame_id; replacer_->RecordAccess(frame_id); replacer_->SetEvictable(frame_id, false); return new_page; } }; ``` 实现要点解释： 1. Trie 实现需要处理并发访问（使用读写锁） 2. 缓冲池需要正确处理页面淘汰（LRU-K策略） 3. 需要管理页面元数据（dirty flag/pin count） 4. 注意内存生命周期管理（unique_ptr/shared_ptr）
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