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c++中如何实现跳表SkipList_c++跳表结构开发详解

裘德小鎮的故事

裘德小鎮的故事

发布时间:2026-01-23 16:27:09

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来源于php中文网

原创

跳表节点需用std::vector next存储多层指针,层级由next.size()决定;随机层数须按0.5幂律分布生成,避免rand()%2累加。

c++中如何实现跳表skiplist_c++跳表结构开发详解

跳表节点设计要带层级指针数组

跳表的核心是每个节点保存多个向下的指针,层级越高,跳得越远。C++ 中不能用动态数组直接作为成员(比如 Node* next[] 在类定义里非法),必须用 std::vector 或裸指针 + 手动内存管理。推荐用 std::vector,避免内存泄漏和越界风险。

  • 构造节点时需指定层级(如随机生成 1–32 层),然后 resize next 向量
  • 所有 next[i] 初始设为 nullptr,否则后续查找可能解引用空指针
  • 不要在节点里存“当前层数”字段——它由 next.size() 决定,冗余易错

随机层级生成必须用幂律分布

跳表性能依赖层级分布:理想情况是约 50% 节点有第 1 层,25% 有第 2 层,12.5% 有第 3 层……即每层概率为 0.5。用 rand() % 2 累加不靠谱,应使用位运算或浮点比较。

int randomLevel() {
    int level = 1;
    while (level < MAX_LEVEL && (rand() & 1)) {
        level++;
    }
    return level;
}
  • MAX_LEVEL 建议设为 32;太高浪费内存,太低(如 4)在万级数据下退化成链表
  • 别用 std::rand() 在多线程环境——没 seed 或并发调用会崩,改用 thread_local std::mt19937
  • 返回值必须 ≥1,否则插入时 next[0] 访问越界

插入时需维护前驱数组而非重走一遍

跳表插入不是先查再插,而是在查找过程中记录每一层的最后有效前驱节点。如果边查边丢掉这些信息,就得额外遍历,失去 O(log n) 优势。

  • 声明 std::vector update(MAX_LEVEL, head)update[i] 存第 i 层插入位置的前一个节点
  • 查找循环中,每层推进时更新对应 update[i],不是只记最底层
  • 插入新节点后,对每一层 i next.size(),执行:update[i]->next[i] = new_node
  • 漏掉某层的链接,会导致该层完全“看不见”这个节点,后续查找失败

erase 操作必须原子性检查存在性

跳表删除不能靠“先 find 再 delete”,因为并发或逻辑错误可能导致 find 返回的节点已被删。必须在遍历过程中比对 key,并且逐层断开链接。

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  • 复用查找逻辑,同样维护 update 数组,但不提前退出
  • 找到目标节点后,要确认 current != nullptr && current->key == target_key,再开始解链
  • 解链时从底层往上(i = 0 开始),避免高层断开后底层找不到前驱
  • 记得把节点内存 delete 掉(若非智能指针管理),否则内存泄漏

跳表真正难的不是写对单线程逻辑,而是当你要加锁、做无锁(CAS)、或对接迭代器时,update 数组生命周期、节点内存释放时机、以及层级变更与指针更新的顺序,这几处稍不注意就会出现 ABA 问题或悬挂指针。

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