菜鸟nginx源码剖析数据结构篇（四）红黑树ngx_rbtree_t

 

菜鸟nginx源码剖析数据结构篇（四）红黑树ngx_rbtree_t

 

• Author：Echo Chen（陈斌）

• Email：chenb19870707@gmail.com

• Blog：Blog.youkuaiyun.com/chen19870707

• Date：October 27h, 2014

   

   

  1.ngx_rbtree优势和特点

   

      ngx_rbtree是一种使用红黑树实现的关联容器，关于红黑树的特性，在《手把手实现红黑树》已经详细介绍，这里就只探讨ngx_rbtree与众不同的地方；ngx_rbtree红黑树容器中的元素都是有序的，支持快速索引，插入，删除操作，也支持范围查询，遍历操作，应用非常广泛。

   

  2.源代码位置

   

  头文件：http://trac.nginx.org/nginx/browser/nginx/src/core/ngx_rbtree.h

  源文件：http://trac.nginx.org/nginx/browser/nginx/src/core/ngx_rbtree.c

   

  3.数据结构定义

   

  可以看到ngx_rbtree的结点ngx_rbtree_node_t结构跟一般的红黑树差不多，都是由键值key、左孩子left、右孩子right、父亲结点parent、颜色值color，不同的是ngx_rbtree_node_t这里多了一个data，但根据官方文档记在，由于data只有一个字节，表示太少，很少使用到。

     1: typedef struct ngx_rbtree_node_s  ngx_rbtree_node_t;

     2:  

     3: struct ngx_rbtree_node_s {
       
       

     4:     ngx_rbtree_key_t       key;

     5:     ngx_rbtree_node_t     *left;

     6:     ngx_rbtree_node_t     *right;

     7:     ngx_rbtree_node_t     *parent;

     8:     u_char                 color;

     9:     u_char                 data;

    10: };

   

  ngx_rbtree_t的结构也与一般红黑树相同，右root结点和哨兵叶子结点（sentinel）组成，不同的是这里多了一个 函数指针inserter，它决定了在添加结点是新加还是替换。

   

     1: typedef struct ngx_rbtree_s  ngx_rbtree_t;

     2:  

     3: typedef void (*ngx_rbtree_insert_pt) (ngx_rbtree_node_t *root,

     4:     ngx_rbtree_node_t *node, ngx_rbtree_node_t *sentinel);

     5:  

     6: struct ngx_rbtree_s {
       
       

     7:     ngx_rbtree_node_t     *root;

     8:     ngx_rbtree_node_t     *sentinel;

     9:     ngx_rbtree_insert_pt   insert;

    10: };

   

  4.ngx_rbtree初始化 ngx_rbtree_init

   

  其中tree为ngx_rbtree_t类型，即为红黑树，s为ngx_rbtree_node_t，是rbtree的根节点，i即为上节提到的决定插入是新结点还是替换的函数指针。首先将根节点涂成 黑色（红黑树基本性质），然后把 红黑树的 根节点和 哨兵结点 都指向这个结点。

   

     1: #define ngx_rbtree_init(tree, s, i)                                           \

     2:     ngx_rbtree_sentinel_init(s);                                              \

     3:     (tree)->root = s;                                                         \

     4:     (tree)->sentinel = s;                                                     \

     5:     (tree)->insert = i

     6:  

     7: #define ngx_rbtree_sentinel_init(node)  ngx_rbt_black(node)

   

  5.ngx_rbtree 左旋 ngx_rbtree_left_rotate 和 右旋 ngx_rbtree_right_rotate

   

  可以看到，经典代码总是永恒的，ngx_rbtree的左旋右旋也是参考《算法导论》导论中的步骤和伪代码，对照我自己的实现的《手把手实现红黑树》，与我自己实现的左旋右旋代码基本一致，我图解了详细的过程，有不清楚的可以参考《手把手实现红黑树》。

   

     1: static ngx_inline void

     2: ngx_rbtree_left_rotate(ngx_rbtree_node_t **root, ngx_rbtree_node_t *sentinel,

     3:     ngx_rbtree_node_t *node)

     4: {
       
       

     5:     ngx_rbtree_node_t  *temp;

     6:  

     7:     temp = node->right;

     8:     node->right = temp->left;

     9:  

    10:     if (temp->left != sentinel) {
       
       

    11:         temp->left->parent = node;

    12:     }

    13:  

    14:     temp->parent = node->parent;

    15:  

    16:     if (node == *root) {
       
       

    17:         *root = temp;

    18:  

    19:     } else if (node == node->parent->left) {
       
       

    20:         node->parent->left = temp;

    21:  

    22:     } else {
       
       

    23:         node->parent->right = temp;

    24:     }

    25:  

    26:     temp->left = node;

    27:     node->parent = temp;

    28: }

     1: static ngx_inline void

     2: ngx_rbtree_right_rotate(ngx_rbtree_node_t **root, ngx_rbtree_node_t *sentinel,

     3:     ngx_rbtree_node_t *node)

     4: {
       
       

     5:     ngx_rbtree_node_t  *temp;

     6:  

     7:     temp = node->left;

     8:     node->left = temp->right;