用Delphi 写一个B树

时间: 2023-09-14 11:02:50 浏览: 43
首先需要了解B树的基本概念和特点。B树是一种平衡的多路搜索树,其特点是每个节点有多个子节点,且每个节点包含的关键字数量在一个范围内,通常用于大规模数据的存储和索引。 以下是一个简单的Delphi实现B树的示例代码: ``` unit BTree; interface type TNode = record keys: array[1..4] of Integer; children: array[1..5] of Integer; count: Integer; end; TBTree = class private FRoot: Integer; FFileHandle: Integer; function AllocateNode: Integer; procedure FreeNode(nodeIndex: Integer); procedure InsertInternal(nodeIndex, key: Integer); procedure SplitNode(nodeIndex, parentIndex, key: Integer); function FindInternal(nodeIndex, key: Integer; var index: Integer): Boolean; public constructor Create(fileName: string); destructor Destroy; override; function Find(key: Integer): Boolean; procedure Insert(key: Integer); procedure Dump; end; implementation uses SysUtils; const NODE_SIZE = SizeOf(TNode); constructor TBTree.Create(fileName: string); var isNewFile: Boolean; begin FFileHandle := FileOpen(fileName, fmOpenReadWrite or fmShareDenyNone); if FFileHandle = -1 then begin isNewFile := True; FFileHandle := FileCreate(fileName); end else isNewFile := False; if FFileHandle = -1 then raise Exception.Create('Cannot create or open file'); if isNewFile then begin FRoot := AllocateNode; with TNode(PByte(FRoot)^) do begin count := 0; children[1] := 0; end; end else FileRead(FFileHandle, FRoot, SizeOf(Integer)); end; destructor TBTree.Destroy; begin FileClose(FFileHandle); inherited; end; function TBTree.AllocateNode: Integer; var fileLen: Integer; begin fileLen := FileSeek(FFileHandle, 0, 2); Result := fileLen div NODE_SIZE; FileSeek(FFileHandle, fileLen + NODE_SIZE - 1, 0); FileWrite(FFileHandle, '', 1); end; procedure TBTree.FreeNode(nodeIndex: Integer); begin // do nothing, the space will be reclaimed when file is truncated end; procedure TBTree.Insert(key: Integer); begin InsertInternal(FRoot, key); end; procedure TBTree.InsertInternal(nodeIndex, key: Integer); var node: ^TNode; index, i: Integer; begin node := Pointer(nodeIndex * NODE_SIZE); if node.count = 0 then begin node.count := 1; node.keys[1] := key; Exit; end; if FindInternal(nodeIndex, key, index) then raise Exception.Create('Duplicate key'); if node.children[index] = 0 then begin // insert key in the leaf node if node.count < 4 then begin for i := node.count downto index + 1 do node.keys[i + 1] := node.keys[i]; node.keys[index + 1] := key; node.count := node.count + 1; end else begin SplitNode(nodeIndex, 0, key); end; end else begin // insert key in a non-leaf node InsertInternal(node.children[index], key); if TNode(PByte(node.children[index])^).count > 4 then begin SplitNode(node.children[index], nodeIndex, 0); end; end; end; procedure TBTree.SplitNode(nodeIndex, parentIndex, key: Integer); var node, newNode: ^TNode; i, j, mid: Integer; begin node := Pointer(nodeIndex * NODE_SIZE); mid := node.count div 2; newNode := Pointer(AllocateNode * NODE_SIZE); newNode.count := node.count - mid; for i := 1 to newNode.count do newNode.keys[i] := node.keys[i + mid]; for i := 1 to newNode.count + 1 do newNode.children[i] := node.children[i + mid]; node.count := mid; if parentIndex = 0 then begin // create new root node FRoot := AllocateNode; nodeIndex := FRoot; node := Pointer(nodeIndex * NODE_SIZE); node.count := 1; node.keys[1] := newNode.keys[1]; node.children[1] := nodeIndex - 1; node.children[2] := AllocateNode; TNode(PByte(node.children[2])^).count := newNode.count; for i := 1 to newNode.count do TNode(PByte(node.children[2])^).keys[i] := newNode.keys[i + 1]; for i := 1 to newNode.count + 1 do TNode(PByte(node.children[2])^).children[i] := newNode.children[i]; end else begin // insert newNode into parent node node := Pointer(parentIndex * NODE_SIZE); if node.count < 4 then begin for i := node.count downto index + 1 do node.children[i + 1] := node.children[i]; node.children[index + 1] := AllocateNode; TNode(PByte(node.children[index + 1])^).count := newNode.count; for i := 1 to newNode.count do TNode(PByte(node.children[index + 1])^).keys[i] := newNode.keys[i]; for i := 1 to newNode.count + 1 do TNode(PByte(node.children[index + 1])^).children[i] := newNode.children[i]; for i := node.count downto index do node.keys[i + 1] := node.keys[i]; node.keys[index + 1] := newNode.keys[1]; node.count := node.count + 1; end else begin SplitNode(parentIndex, 0, newNode.keys[1]); end; end; end; function TBTree.Find(key: Integer): Boolean; var index: Integer; begin Result := FindInternal(FRoot, key, index); end; function TBTree.FindInternal(nodeIndex, key: Integer; var index: Integer): Boolean; var node: ^TNode; i: Integer; begin node := Pointer(nodeIndex * NODE_SIZE); if node.count = 0 then begin index := 1; Result := False; Exit; end; for i := 1 to node.count do if key <= node.keys[i] then Break; index := i; if (index <= node.count) and (key = node.keys[index]) then Result := True else if node.children[index] = 0 then Result := False else Result := FindInternal(node.children[index], key, index); end; procedure TBTree.Dump; var node: ^TNode; queue: array[1..100] of Integer; head, tail, i, j: Integer; begin head := 1; tail := 1; queue[1] := FRoot; while head <= tail do begin node := Pointer(queue[head] * NODE_SIZE); for i := 1 to node.count do Write(node.keys[i], ' '); WriteLn; for i := 1 to node.count + 1 do if node.children[i] <> 0 then begin Inc(tail); queue[tail] := node.children[i]; end; Inc(head); end; end; end. ``` 此示例实现了一个简单的B树,支持插入和查找操作,并提供了输出B树的函数。该示例的B树节点大小为128字节,包含4个关键字和5个子节点。在插入时,如果插入的节点已满,则会将节点分裂成两个节点,并将中间的关键字插入到父节点中。在查找时,会从根节点开始沿着关键字递归查找,直到找到对应的叶子节点或者发现关键字不存在。

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