redis 原始碼學習筆記跳躍表簡單編碼實現

要理解skiplist，得先從linkedlist說起。linkedlist 增刪查改的時間複雜度都是o(n)，它最大的問題就是通過乙個節點只能reach到下乙個節點（double linkedlist 是一種改進方案），那麼改進的思路就是通過乙個節點reach到多個節點，例如下圖：

這種情況下便可將複雜度減小為o(n/2)。這是一種典型的空間換時間的優化思路。

skiplist則更進一步，採用了分治演算法和隨機演算法設計。將每個節點所能reach到的最遠的節點，兩個節點之間看成是乙個組，整個skiplist被分成了許多個組，而這些組的形成是隨機的，如下圖：

注意，雖然next指標也可以是node**型別的，但是陣列指標比這個好操作。

而且鍊錶中的元素必須是有序的，這樣才能達到類似於二分法查詢元素的效果。所以在插入資料時不像一般鍊錶一樣，在頭或尾插入，他必須要先找到插入的正確位置。怎麼找到插入的位置呢？

鍊錶只能通過遍歷方式來逐一元素比較，只不過這裡跳躍表的每個節點可能有多個上層節點，必須從上層開始遍歷，因為上層節點稀少，而且能夠指引下層節點。就好比國家行政單位，從上到下有省，市，縣，鎮，村行政單位一樣。要找到乙個村，可以從省開始，逐一鎖定範圍。

插入節點說到底也是個構造跳躍表的過程，所插入的節點也要有多層拷貝才行。如何確定所插入節點要砌多少層呢？

查詢資料，一般給出的是由隨機數，得到偶數的次數來決定。為什麼要這麼做就不深入**了，反正可以到達乙個很好的平衡點，不像紅黑樹，要經過那麼複雜的左旋右旋來保證節點平衡。

跳躍表也有頭節點的概念，初始時自己定義乙個常量，用來生成頭結點有多少層。如果在插入的過程中，新生成的節點層數是最高的，那麼也要讓頭結點指向新增的層，如圖所示：

查詢節點的思想在插入節點的過程中已得到體現，這裡就不再贅述。

完整**如下：

#include #include #include #include #define max_l 16 //最大層數  
//new_node生成乙個node結構體,同時生成包含n個node *元素的陣列
#define new_node(n) ((node*)malloc(sizeof(node)+n*sizeof(node*)))
//定義key和value的型別 
typedef int keytype;
typedef int valuetype;
//每個節點的資料結構
typedef struct node
node;
//跳表結構
typedef struct skip_list
skip_list;
node *create_node(int level, valuetype val);
skip_list *create_sl();
/*插入元素的時候元素所占有的層數完全是隨機演算法,返回隨機層數
*/int randomlevel();
bool insert(skip_list *sl, valuetype val);
bool erase(skip_list *sl, keytype key);
valuetype *search(skip_list *sl, keytype key);
/*從最高層開始逐層列印
sl 跳表指標
*/void print_sl(skip_list *sl);
void sl_free(skip_list *sl);
// 建立節點
node *create_node(int level, valuetype val)
//建立跳躍表
skip_list *create_sl()
sl->head = h;
int i;
// 將header的next陣列清空
for (i = 0; i < max_l; ++i) 
srand(time(0));
return sl;
}//插入元素的時候元素所占有的層數完全是隨機演算法
int randomlevel()
/*step1:查詢到在每層待插入位置,跟新update陣列
step2:需要隨機產生乙個層數
step3:從高層至下插入,與普通鍊錶的插入完全相同。
*/bool insert(skip_list *sl, valuetype val)
if (q && q->value == val) 
/******************step2*******************/
//產生乙個隨機層數level
int level = randomlevel();
//如果新生成的層數比跳表的層數大
if (level > sl->level) 
sl->level = level;
} //printf("%d\n", sizeof(node)+level*sizeof(node*));
/******************step3*******************/
//新建乙個待插入節點,一層一層插入
q = create_node(level, val);
if (!q)
return false;
//逐層更新節點的指標,和普通鍊錶插入一樣
for (i = level - 1; i >= 0; --i) 
return true;
}// 刪除節點
bool erase(skip_list *sl, valuetype val)
update[i] = p;
} //判斷是否為待刪除的key
if (!q || (q&&q->value != val))
return false;
//逐層刪除與普通鍊錶刪除一樣
for (i = sl->level - 1; i >= 0; --i) 
} free(q);
q = null;
return true;
}// 查詢
valuetype *search(skip_list *sl, keytype key)
if (q && key == q->value)
return &(q->value);
} return null;
}//從最高層開始逐層列印
void print_sl(skip_list *sl)
printf("\n"); }}
// 釋放跳躍表
void sl_free(skip_list *sl)
free(sl);
}int main()
; skip_list *sl = create_sl();
int i = 0;
for (; i < 9; ++i)
erase(sl, 5);
print_sl(sl);
int *p = search(sl, 5);
if (p)
printf("value %d found!!!\n", *p);
sl_free(sl);
return 0;
}

參看：

redis 原始碼學習筆記跳躍表簡單編碼實現

redis原始碼學習之跳躍表

redis原始碼解析跳躍表

Redis（三）跳躍表介紹及原始碼

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