B树是为磁盘或其他直接存储设备设计的一种平衡查找树。如下图所示。每一个结点箭头指向的我们称为入度,指出去的称为出度。树结构的结点入度都是1,不然就变成图了,所以我们一般说树的度就是指树结点的出度,也就是一个结点的子结点个数。有了度的概念我们就简单定义一下B树(假设一棵树的最小度数为M):
1.每个结点至少有M-1个关键码,至多有2M-1个关键码;
2.除根结点和叶子结点外,每个结点至少有M个子结点,至多有2M个子结点;
3.根结点至少有2个子结点,唯一例外是只有根结点的情况,此时没有子结点;
4.所有叶子结点在同一层。
我们看看它的结点的结构,如下图所示:
每个结点存放着关键字和指向子结点的指针,很容易看出指针比关键码多一个。
由B树的定义我们可以看出它的一些特点:
1.树高平衡,所有叶结点在同一层;
2.关键字没有重复,按升序排序,父结点的关键码是子结点的分界;
3.B树把值接近的相关记录放在同一磁盘页中,从而利用了访问局部性原理;
4.B树保证一定比例的结点是满的,能改进空间利用率。
B树结点的大小怎么确定呢?为了最小化磁盘操作,通常把结点大小设为一个磁盘页的大小。一般树的高度不会超过3层,也就是说,查找一个关键码只需要3次磁盘操作就可以了。
在实现的时候,我是参照了《算法导论》的内容,先假定:
1.B树的根结点始终在主存中,不需要读磁盘操作;但是,根结点改变后要进行一次写磁盘操作;
2.任何结点被当做参数传递的时候,要做一次读磁盘。
在实现的时候其实还做了简化,每个结点除了包含关键码和指针外,还应该有该关键码所对应记录所在文件的信息的,比如文件偏移量,要不然怎么找到这条记录呢。在实现的时候这个附加数据就没有放在结点里面了,下面是定义树的结构,文件名为btrees.h,内容如下:
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在《算法导论》中实现用的是另外一种思想,就是先分裂,在查找插入位置的过程中,如果发现有满的结点,就先把它分裂了,这就保证了在最后叶结点上插入数据的时候,这个叶结点的父结点总是不满的。下面我们看一个例子:</div></div></div>
我们用逐个结点插入的方法创建一棵B树,结点顺序分别是{18, 31, 12, 10, 15, 48, 45, 47, 50, 52, 23, 30, 20},我们看看具体过程:
1.创建一个空的B树;
2.插入18,这时候是非满的,如下所示:
3.同理插入31和12,都比较简单,如下所示:
4.插入10,这时候根结点是满的,就要分裂,由于根结点比较特殊,没有父结点,就要单独处理,先生成一个空结点做为新的根结点,再进行分裂,如下所示:
5.再插入15,48,45,由于非满,直接插入,如下所示:
6.插入47,这次叶结点满了,就要先分裂,再插入,如下所示:
其他都是同样的道理,就不赘述了,下面是源码,加入到btree.c中,最后写了个main函数和一个广度优先显示树的方法,大家可以自己对比结果,代码的实现参照了《算法导论》和博客
http://hi.baidu.com/kurt023/blog/item/4c368d8b51c59ed3fc1f10cc.html
他博客里面已经实现了,只是在定义B树的时候指针数和关键码数成一样了,我于是自己重写了一下。
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