Red-Black Tree 구현

기간 : 2022. 10. 20 ~ 10. 27.

Balanced search tree로 많이 쓰이는 Red-black tree (이하 RB tree)를 C 언어로 구현하는 과제입니다. 구현하는 추상 자료형 (ADT: abstract data type)은 ordered set, multiset 입니다.

구현 범위

다음 기능들을 수행할 수 있도록 RB tree를 구현합니다.

• tree = new_tree(): RB tree 구조체 생성

  • 여러 개의 tree를 생성할 수 있어야 하며 각각 다른 내용들을 저장할 수 있어야 합니다.

• delete_tree(tree): RB tree 구조체가 차지했던 메모리 반환

  • 해당 tree가 사용했던 메모리를 전부 반환해야 합니다. (valgrind로 나타나지 않아야 함)

• tree_insert(tree, key): key 추가

  • 구현하는 ADT가 multiset이므로 이미 같은 key의 값이 존재해도 하나 더 추가 합니다.

• ptr = tree_find(tree, key)

  • RB tree내에 해당 key가 있는지 탐색하여 있으면 해당 node pointer 반환
  • 해당하는 node가 없으면 NULL 반환

• tree_erase(tree, ptr): RB tree 내부의 ptr로 지정된 node를 삭제하고 메모리 반환

• ptr = tree_min(tree): RB tree 중 최소 값을 가진 node pointer 반환

• ptr = tree_max(tree): 최대값을 가진 node pointer 반환

• tree_to_array(tree, array, n)

  • RB tree의 내용을 key 순서대로 주어진 array로 변환
  • array의 크기는 n으로 주어지며 tree의 크기가 n 보다 큰 경우에는 순서대로 n개 까지만 변환
  • array의 메모리 공간은 이 함수를 부르는 쪽에서 준비하고 그 크기를 n으로 알려줍니다.

구현 규칙

• src/rbtree.c 이외에는 수정하지 않고 test를 통과해야 합니다.
• make test를 수행하여 Passed All tests!라는 메시지가 나오면 모든 test를 통과한 것입니다.
• Sentinel node를 사용하여 구현했다면 test/Makefile에서 CFLAGS 변수에 -DSENTINEL이 추가되도록 comment를 제거해 줍니다.

과제의 의도 (Motivation)

• 복잡한 자료구조(data structure)를 구현해 봄으로써 자신감 상승
• C 언어, 특히 포인터(pointer)와 malloc, free 등의 system call에 익숙해짐.
• 동적 메모리 할당(dynamic memory allocation)을 직접 사용해 봄으로써 동적 메모리 할당의 필요성 체감 및 data segment에 대한 이해도 상승
• 고급 언어에서 기본으로 제공되는 자료구조가 세부적으로는 어떻게 구현되어 있는지 경험함으로써 고급 언어 사용시에도 효율성 고려

참고문헌

• 위키백과: 레드-블랙 트리 (영어)
• CLRS book (Introduction to Algorithms) 13장 레드 블랙 트리 - Sentinel node를 사용한 구현
• Wikipedia:균형 이진 트리의 구현 방법들