红黑树插入修复错误

Question

我有一个关于在 C# 中插入红黑树的家庭作业问题。我编写了下面的代码，程序在添加前 3 个数字时没有任何问题。当我尝试添加第四个数字时，出现 NullReferenceException。我试图解决这个错误两天，但我无法弄清楚。

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;

namespace Algoritmalar3b
{
class rbtNode
{
    public int? key;
    public char? color;
    public rbtNode left, right, p;
    public rbtNode(int? key, char? color, rbtNode left, rbtNode right, rbtNode p)
    {
        this.key = key;
        this.color = color;
        this.left = left;
        this.right = right;
        this.p = p;
    }
}

class Program
{
    static rbtNode Tnil = new rbtNode(null, 'B', null, null, null);

    static void Main(string[] args)
    {
        rbtNode root = new rbtNode(null, 'B', Tnil, Tnil, null);

        RB_Insert(root, 7);
        RB_Insert(root, 3);
        RB_Insert(root, 89);
        RB_Insert(root, 4);
        RB_Insert(root, 9);
        RB_Insert(root, 15);
        RB_Insert(root, 35);
        RB_Insert(root, 8);
        RB_Insert(root, 24); 
        preOrderWalk(root);
    }

    static void RB_Insert(rbtNode T, int? deger)
    {
        rbtNode z = new rbtNode(deger, null, Tnil, Tnil, null);

        if (T.key == null)
            T.key = deger;
        else
        {
            rbtNode y = new rbtNode(null, null, Tnil, Tnil, null);
            y = Tnil;
            rbtNode x = new rbtNode(null, null, Tnil, Tnil, null);
            x = T;
            while (x != Tnil)
            {
                y = x;
                if (z.key < x.key)
                    x = x.left;
                else
                    x = x.right;
            }
            z.p = y;
            if (y == Tnil)
                T = z;
            else if (z.key < y.key)
                y.left = z;
            else
                y.right = z;
            z.left = Tnil;
            z.right = Tnil;
            z.color = 'R';
            RB_Insert_Fixup(T, z);
        }
    }

    static void RB_Insert_Fixup(rbtNode T, rbtNode z)
    {
        rbtNode y = new rbtNode(null, null, Tnil, Tnil, null);

        while (z.p.color == 'R')
        {
            if (z.p == z.p.p.left)
            {
                y = z.p.p.right;
                if (y.color == 'R')
                {
                    z.p.color = 'B';
                    y.color = 'B';
                    z.p.p.color = 'R';
                    z = z.p.p;
                }
                else if (z == z.p.right)
                {
                    z = z.p;
                    Left_Rotate(T, z);
                    z.p.color = 'B';
                    z.p.p.color = 'R';
                    Right_Rotate(T, z.p.p);
                }
            }
            else
            {
                y = z.p.p.left;
                if (y.color == 'R')
                {
                    z.p.color = 'B';
                    y.color = 'B';
                    z.p.p.color = 'R';
                    z = z.p.p;
                }
                else if (z == z.p.left)
                {
                    z = z.p;
                    Left_Rotate(T, z);
                    z.p.color = 'B';
                    z.p.p.color = 'R';
                    Right_Rotate(T, z.p.p);
                }
            }
        }
        T.color = 'B';
    }

    static void Left_Rotate(rbtNode T, rbtNode x)
    {
        rbtNode y = new rbtNode(null, null, Tnil, Tnil, null);
        y = x.right;
        x.right = y.left;
        if (y.left != Tnil)
            y.left.p = x;
        y.p = x.p;
        if (x.p == Tnil)
            T = y;
        else if (x == x.p.left)
            x.p.left = y;
        else
            x.p.right = y;
        y.left = x;
        x.p = y; 
    }

    static void Right_Rotate(rbtNode T, rbtNode x)
    {
        rbtNode y = new rbtNode(null, null, Tnil, Tnil, null);
        y = x.left;
        x.left = y.right;
        if (y.right != null)
            y.right.p = x;
        y.p = x.p;
        if (x.p == null)
            T = y;
        else if (x == x.p.right)
            x.p.right = y;
        else
            x.p.left = y;
        y.right = x;
        x.p = y;
    }

    static void preOrderWalk(rbtNode T)
    {
        if (T.color == 'B')
            Console.WriteLine("-{0}", T.key);
        else
            Console.WriteLine("{0}", T.key);
        if (T.left != null)
            preOrderWalk(T.left);
        if (T.right != null)
            preOrderWalk(T.right);
    }
}

}

Answer 1

看来你在 3 个方面有问题：

• RB 树算法。但看起来你已经差不多
• 可以调试了。回溯此类错误只需 2 分钟，如果您是新手，则可能需要 2 小时。但不是2天。
• 问一个好问题。你有一个 nullref，但是在哪一行？该行上的变量/字段的值是什么？

---

当我快速查看 Fixup 方法和其余代码时，我怀疑您可能在错误的位置将 ap（Parent）ref 设置为 null。

作为诊断工具，更改常规属性中的 .p 成员：

class rbtNode
{    
    private rbtNode _parent;

    public rbtNode Parent
    {
         get { return _parent; }
         set
         {
             System.Diagnostics.Debug.Assert(value != null);
             _parent = value;
         }
    }
    ....

我认为您必须允许 _parent=null 但仅在构造函数中。

get/set 成员还为您提供了放置（条件）断点的好位置。

Answer 2

我相信您的 fix_up 功能出了点问题。在 while 循环中添加某些条件，即

while (z != null && z.Getparent() != null && z.Getparent().Getcolor() == 'R')

此外，您在 while 循环的 else 部分中犯了一个重大错误。更改 LeftRotate 和 RightRotate 函数的顺序，应如下所示：

               else if (z == z.Getparent().Getleft())
                    {
                        z = z.Getparent();
                        **RightRotate(T, z);**
                        z.Getparent().Setcolor('B');
                        z.Getparent().Getparent().Setcolor('R');
                        **LeftRotate(T, z);**
                    }

编辑：您还需要在两个 Rotate 函数中添加更多条件。