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B+树(C++实现)


定义:
一棵M(M>2)阶的B+树满足以下定义:

1.B+树中包含两种类型的结点:内结点和叶子结点。内结点存有关键字和孩子结点的指针,叶子结点存有关键字和数据;

2.每一个关键字都会在叶子结点中出现,叶子结点按照关键字的大小排序,叶子结点中会存有指向兄弟结点的指针;

3.一棵B+树一般存有两个指针:一个指向根结点,一个指向存有最小关键字的叶子结点;

4.每个内结点至多有M个子树;

5.每个非根内结点至少有ceiling(M/2)个子树;

6.N个子树对应N-1个关键字(ps:另外一种说法是N个子树对应N个关键字,
7.一个结点内关键字key1、key2、...、keyN,对应着N+1个孩子结点指针child1、child2、...、childN+1,且有child1<key1<child2<key2<...<keyN<childN+1;

8.叶子结点的关键字个数可以单独设置,一般和内结点关键字个数相同。

一图胜千言(图片来源:易做图):

 File:Bplustree.png


实现
BPlus_node.h
[cpp]
#ifndef BPLUS_NODE  
#define BPLUS_NODE  
 
#define NULL 0  
 
enum NODE_TYPE{INTERNAL, LEAF};        // 结点类型:内结点、叶子结点  
enum SIBLING_DIRECTION{LEFT, RIGHT};   // 兄弟结点方向:左兄弟结点、右兄弟结点  
typedef float KeyType;                 // 键类型  
typedef int DataType;                  // 值类型  
const int ORDER = 7;                   // B+树的阶(非根内结点的最小子树个数)  
const int MINNUM_KEY = ORDER-1;        // 最小键值个数  
const int MAXNUM_KEY = 2*ORDER-1;      // 最大键值个数  
const int MINNUM_CHILD = MINNUM_KEY+1; // 最小子树个数  
const int MAXNUM_CHILD = MAXNUM_KEY+1; // 最大子树个数  
const int MINNUM_LEAF = MINNUM_KEY;    // 最小叶子结点键值个数  
const int MAXNUM_LEAF = MAXNUM_KEY;    // 最大叶子结点键值个数  
 
// 结点基类  
class CNode{ 
public: 
    CNode(); 
    virtual ~CNode(); 
 
    NODE_TYPE getType() const {return m_Type;} 
    void setType(NODE_TYPE type){m_Type = type;} 
    int getKeyNum() const {return m_KeyNum;} 
    void setKeyNum(int n){m_KeyNum = n;} 
    KeyType getKeyValue(int i) const {return m_KeyValues[i];} 
    void setKeyValue(int i, KeyType key){m_KeyValues[i] = key;} 
    int getKeyIndex(KeyType key)const;  // 找到键值在结点中存储的下标  
    // 纯虚函数,定义接口  
    virtual void removeKey(int keyIndex, int childIndex)=0;  // 从结点中移除键值  
    virtual void split(CNode* parentNode, int childIndex)=0; // 易做图结点  
    virtual void mergeChild(CNode* parentNode, CNode* childNode, int keyIndex)=0;  // 合并结点  
    virtual void clear()=0; // 清空结点,同时会清空结点所包含的子树结点  
    virtual void borrowFrom(CNode* destNode, CNode* parentNode, int keyIndex, SIBLING_DIRECTION d)=0; // 从兄弟结点中借一个键值  
    virtual int getChildIndex(KeyType key, int keyIndex)const=0;  // 根据键值获取孩子结点指针下标  
protected: 
    NODE_TYPE m_Type; 
    int m_KeyNum; 
    KeyType m_KeyValues[MAXNUM_KEY]; 
}; 
 
// 内结点  
class CInternalNode : public CNode{ 
public: 
    CInternalNode(); 
    virtual ~CInternalNode(); 
 
    CNode* getChild(int i) const {return m_Childs[i];} 
    void setChild(int i, CNode* child){m_Childs[i] = child;} 
    void insert(int keyIndex, int childIndex, KeyType key, CNode* childNode); 
    virtual void split(CNode* parentNode, int childIndex); 
    virtual void mergeChild(CNode* parentNode, CNode* childNode, int keyIndex); 
    virtual void removeKey(int keyIndex, int childIndex); 
    virtual void clear(); 
    virtual void borrowFrom(CNode* destNode, CNode* parentNode, int keyIndex, SIBLING_DIRECTION d); 
    virtual int getChildIndex(KeyType key, int keyIndex)const; 
private: 
    CNode* m_Childs[MAXNUM_CHILD]; 
}; 
 
// 叶子结点  
class CLeafNode : public CNode{ 
public: 
    CLeafNode(); 
    virtual ~CLeafNode(); 
 
    CLeafNode* getLeftSibling() const {return m_LeftSibling;} 
    void setLeftSibling(CLeafNode* node){m_LeftSibling = node;} 
    CLeafNode* getRightSibling() const {return m_RightSibling;} 
    void setRightSibling(CLeafNode* node){m_RightSibling = node;} 
    DataType getData(int i) const {return m_Datas[i];} 
    void setData(int i, const DataType& data){m_Datas[i] = data;} 
    void insert(KeyType key, const DataType& data); 
    virtual void split(CNode* parentNode, int childIndex); 
    virtual void mergeChild(CNode* parentNode, CNode* childNode, int keyIndex); 
    virtual void removeKey(int keyIndex, int childIndex); 
    virtual void clear(); 
    virtual void borrowFrom(CNode* destNode, CNode* parentNode, int keyIndex, SIBLING_DIRECTION d); 
    virtual int getChildIndex(KeyType key, int keyIndex)const; 
private: 
    CLeafNode* m_LeftSibling; 
    CLeafNode* m_RightSibling; 
    DataType m_Datas[MAXNUM_LEAF]; 
}; 
#endif 

#ifndef BPLUS_NODE
#define BPLUS_NODE

#define NULL 0

enum NODE_TYPE{INTERNAL, LEAF};        // 结点类型:内结点、叶子结点
enum SIBLING_DIRECTION{LEFT, RIGHT};   // 兄弟结点方向:左兄弟结点、右兄弟结点
typedef float KeyType;                 // 键类型
typedef int DataType;                  // 值类型
const int ORDER = 7;                   // B+树的阶(非根内结点的最小子树个数)
const int MINNUM_KEY = ORDER-1;        // 最小键值个数
const int MAXNUM_KEY = 2*ORDER-1;      // 最大键值个数
const int MINNUM_CHILD = MINNUM_KEY+1; // 最小子树个数
const int MAXNUM_CHILD = MAXNUM_KEY+1; // 最大子树个数
const int MINNUM_LEAF = MINNUM_KEY;    //

补充:软件开发 , C++ ,
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