使用c++设计skiplist数据结构

好的，我可以为您介绍一下使用C++设计skiplist数据结构的基本思路和实现方法。Skiplist是一种基于链表的数据结构，支持高效的查找、插入和删除操作，其核心思想是通过在链表中添加多级索引（即跳表），以实现快速查找的目的。

以下是一个简单的skiplist的C++实现代码：

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <ctime>

using namespace std;

const int MAX_LEVEL = 16; // 定义skiplist的最大层数

// 定义节点结构体
struct Node {
    int value;
    Node **forward; // 存储每层索引的指针
    Node(int level, int value) {
        this->value = value;
        forward = new Node*[level+1];
        memset(forward, 0, sizeof(Node*)*(level+1));
    }
    ~Node() {
        delete[] forward;
    }
};

// 定义skiplist类
class SkipList {
public:
    SkipList();
    ~SkipList();
    void insert(int value);
    void remove(int value);
    bool contains(int value);
    void print();
private:
    int level;
    Node *header;
    double probability() {
        return (double) rand() / RAND_MAX;
    }
    int randomLevel() {
        int lvl = 0;
        while (probability() < 0.5 && lvl < MAX_LEVEL) {
            lvl++;
        }
        return lvl;
    }
};

// 初始化skiplist
SkipList::SkipList() {
    level = 0;
    header = new Node(MAX_LEVEL, 0);
    srand(time(NULL));
}

// 销毁skiplist
SkipList::~SkipList() {
    if (header != NULL) {
        delete header;
    }
}

// 插入节点
void SkipList::insert(int value) {
    Node *update[MAX_LEVEL+1];
    memset(update, 0, sizeof(Node*)*(MAX_LEVEL+1));
    Node *x = header;
    for (int i = level; i >= 0; i--) {
        while (x->forward[i] != NULL && x->forward[i]->value < value) {
            x = x->forward[i];
        }
        update[i] = x;
    }
    x = x->forward[0];
    if (x == NULL || x->value != value) {
        int lvl = randomLevel();
        if (lvl > level) {
            for (int i = level+1; i <= lvl; i++) {
                update[i] = header;
            }
            level = lvl;
        }
        x = new Node(lvl, value);
        for (int i = 0; i <= lvl; i++) {
            x->forward[i] = update[i]->forward[i];
            update[i]->forward[i] = x;
        }
    }
}

// 删除节点
void SkipList::remove(int value) {
    Node *update[MAX_LEVEL+1];
    memset(update, 0, sizeof(Node*)*(MAX_LEVEL+1));
    Node *x = header;
    for (int i = level; i >= 0; i--) {
        while (x->forward[i] != NULL && x->forward[i]->value < value) {
            x = x->forward[i];
        }
        update[i] = x;
    }
    x = x->forward[0];
    if (x->value == value) {
        for (int i = 0; i <= level; i++) {
            if (update[i]->forward[i] != x) {
                break;
            }
            update[i]->forward[i] = x->forward[i];
        }
        delete x;
        while (level > 0 && header->forward[level] == NULL) {
            level--;
        }
    }
}

// 查找节点
bool SkipList::contains(int value) {
    Node *x = header;
    for (int i = level; i >= 0; i--) {
        while (x->forward[i] != NULL && x->forward[i]->value < value) {
            x = x->forward[i];
        }
    }
    x = x->forward[0];
    return x != NULL && x->value == value;
}

// 打印skiplist
void SkipList::print() {
    for (int i = 0; i <= level; i++) {
        Node *x = header->forward[i];
        cout << "Level " << i << ": ";
        while (x != NULL) {
            cout << x->value << " ";
            x = x->forward[i];
        }
        cout << endl;
    }
}

int main() {
    SkipList sl;
    sl.insert(1);
    sl.insert(2);
    sl.insert(3);
    sl.insert(5);
    sl.insert(4);
    sl.print();
    sl.remove(3);
    sl.print();
    cout << sl.contains(3) << endl;
    cout << sl.contains(5) << endl;
    return 0;
}

这里我们定义了一个Node结构体，用于存储skiplist中的节点信息，其中包括节点的值和每层索引的指针。然后我们定义了一个SkipList类，实现了插入、删除、查找和打印等操作。在插入操作中，我们使用随机数生成每个节点的层数，以实现跳表的效果；在删除操作中，我们首先查找到要删除的节点，然后按照相应的层数更新每层索引的指针，最后删除该节点即可。在查找操作中，我们从最高层逐层向下查找，直到找到目标节点或者遍历完整个skiplist。

希望这个简单的skiplist C++实现代码可以帮助您更好地理解和使用该数据结构。