红黑树
## 一：背景
红黑树（英语：Red–Black Tree，简称 RB-Tree）是一种平衡的二叉查找树，用途广泛。例如：
- Java 中的：java.util.TreeMap，java.util.TreeSet；
- C++ STL 中的：map，multimap，multiset。
它是在 1972 年由 Rudolf Bayer 发明的，他称之为 “对称二叉 B 树”，它现代的名字（即 ”红黑树“）是 Leo J. Guibas 和 Robert Sedgewick 于 1978 年写的一篇论文中获得的。
红黑树的实现比较复杂，但它的操作有着良好的最坏情况运行时间，并且在实践中是高效的，它可以在 $O(logn)$ 时间内做查找，插入和删除操作。
红黑树有四个性质（也有书籍和博客上说是五个性质，其实四个性质足矣）：
1. 每个结点要么是红的，要么是黑的；
2. 根结点是黑色的；
3. 如果一个结点是红色的，则它的两个孩子都是黑色的；
4. 对于任意一个结点，其到叶子结点的每条路径上都包含相同数目的黑色结点。
红黑树的实现和理解还是很复杂的，所以建议读者在阅读本文前，最好已经理解和掌握了 [二叉查找树](https://subetter.com/articles/binary-search-tree.html) 和 [AVL 树](https://subetter.com/articles/avl-tree.html)。
## 二：具体实现与代码分析
和 AVL 树通过约束左右子树高度不同，红黑树是通过它的四条性质来实现 “平衡状态”，在插入结点或者删除结点时，可能会造成某个结点违反了上述的某条性质，那么红黑树的做法就是通过 “重新着色” 和 “旋转” 两种方式使之重新符合性质。
“重新着色” 这很简单，现在来看下 “旋转” 是怎么旋转的。一共有两种旋转方式：左旋和右旋。
#### 左旋
```c++
void RBTree::rotate_left(Node* x)
{
Node* y = x->right;
x->right = y->left;
if (y->left)
y->left->parent = x;
y->parent = x->parent;
if (x == root)
root = y;
else if (x == x->parent->left)
x->parent->left = y;
else
x->parent->right = y;
y->left = x;
x->parent = y;
}
```
#### 右旋
```c++
void RBTree::rotate_right(Node* x)
{
Node* y = x->left;
x->left = y->right;
if (y->right)
y->right->parent = x;
y->parent = x->parent;
if (x == root)
root = y;
else if (x == x->parent->right)
x->parent->right = y;
else
x->parent->left = y;
y->right = x;
x->parent = y;
}
```
很容易看出，左旋和右旋其实就是两个镜像操作而已。
好了，真是千呼万唤始出来，重点终于来了！
### 2.1 插入操作
将红黑树当作一颗二叉查找树，将结点插入，插入后，该树仍然是一棵二叉查找树，但是它可能已经不是红黑树了，所以接下来就要通过 “旋转” 和 “重新着色” 来使它重新成为红黑树。
**首先**，我们把新插入的结点着色为红色。为什么偏偏是红色呢？先回顾下红黑树的四条性质：
1. 每个结点要么是红的，要么是黑的；
2. 根结点是黑色的；
3. 如果一个结点是红色的，则它的两个孩子都是黑色的；
4. 对于任意一个结点，其到叶子结点的每条路径上都包含相同数目的黑色结点。
将插入的结点着色为红色，不会违背 “性质4”。而少违背一条性质，就意味着我们需要处理的情况越少。
**接着**，我们再来看看插入结点会遇到哪几种情况，分析发现，一共有三种：
1. 被插入结点是根结点，那我们把此结点涂为黑色就行了；
2. 被插入结点的父亲结点是黑色的，那么什么也不需要做，结点被插入后，仍然是红黑树。
3. 被插入结点的父亲结点是红色的，那么此时是违背 “性质 3” 的，需要调整。
**那么**，如何调整呢？分析一下，此种情况，被插入结点是一定存在祖父（即父亲的父亲）结点的，且可以进一步再划分为 6 种情况，因为涉及到镜像操作，所以我们只需理解其中一边镜像的 3 种情况即可。
为方便叙述，我们把 “新插入结点” 称为 “当前结点”，那么 “当前结点” 的父亲的父亲就叫做 “祖父结点”，而 “祖父结点” 如果还有一个儿子的话，我们就称其为 “叔叔结点”。
* **Case 1 ：当前结点的父亲是红色，叔叔存在且也是红色**
图中，“结点 1” 为 “当前结点”。那么我们的处理策略就是：
- 将 “父亲结点” 改为黑色；
- 将 “叔叔结点” 改为黑色；
- 将 “祖父结点” 改为红色；
- 将 “祖父结点” 设为 “当前结点”，继续进行操作。
处理完后，图中显示的两条路径上，黑色结点数相同且和原图数目一致。
* **Case 2：当前结点的父亲是红色，叔叔不存在或是黑色，且当前结点是其父亲的右孩子**
图中，“结点 2” 为 “当前结点”。那么我们的处理策略就是：
- 将 “父亲结点” 设为 “当前结点”；
- 以新的 “当前结点” 为支点进行左旋。
处理完后，我们发现依旧不满足红黑树的性质，别急，这就是 “Case 3”。
* **Case 3：当前结点的父亲是红色，叔叔不存在或是黑色，且当前结点是其父亲的左孩子**
图中，“结点 1” 为 “当前结点”。那么我们的处理策略就是：
- 将 “父亲结点” 改为黑色；
- 将 “祖父结点” 改为红色；
- 以 “祖父结点” 为支点进行右旋。
处理完后，图中显示的两条路径上，黑色结点数相同且和原图数目一致。
代码如下：
```c++
void RBTree::insert_rebalance(Node* x)
{
x->color = red;
while (x != root && x->parent->color == red)
{
if (x->parent == x->parent->parent->left)
{
Node* y = x->parent->parent->right;
if (y && y->color == red) /* Case 1 */
{
x->parent->color = black;
y->color = black;
x->parent->parent->color = red;
x = x->parent->parent;
}
else
{
if (x == x->parent->right) /* Case 2 */
{
x = x->parent;
rotate_left(x);
}
x->parent->color = black; /* Case 3 */
x->parent->parent->color = red;
rotate_right(x->parent->parent);
break;
}
}
else /* left <-> right */
{
Node* y = x->parent->parent->left;
if (y && y->color == red)
{
x->parent->color = black;
y->color = black;
x->parent->parent->color = red;
x = x->parent->parent;
}
else
{
if (x == x->parent->left)
{
x = x->parent;
rotate_right(x);
}
x->parent->color = black;
x->parent->parent->color = red;
rotate_left(x->parent->parent);
break;
}
}
}
root->color = black;
}
Node* RBTree::insert(int key)
{
if (root == nullptr)
{
root = new Node(key);
root->color = black;
return root;
}
Node* cur = root;
Node* pre = nullptr;
while (cur)
{
pre = cur;
if (key < cur->key)
cur = cur->left;
else if (key > cur->key)
cur = cur->right;
else
return nullptr; /* 不可重复插入 */
}
cur = new Node(key);
cur->parent = pre;
if (key < pre->key)
pre->left = cur;
else
pre->right = cur;
insert_rebalance(cur);
return cur;
}
```
### 2.2 删除操作
**首先**，和删除一棵普通二叉查找树的结点相同，我们会遇到三种情况：
1. “被删结点” 没有孩子，如果它是红色的，那么可以直接删除；如果是黑色的，这点比较特殊，读者直接跟读代码就可以理解，很简单；
2. “被删结点” 只有一个孩子，那么删除该结点后，用这个孩子去替换它即可；
3. “被删结点” 有两个孩子，那么先找出它的 “后继结点”，然后用 “后继结点” 去替换 “被删结点”，把问题转化为删除 “后继结点” ，也就是说， “后继结点” 才是真正的 “被删结点”。
为方便接下来的叙述，我们把 “被删结点” 称为 “原先结点”，而用来替换 “被删结点” 的结点称为 “当前结点”。
**接着**，我们来看看 “原先结点” 被删掉后，会遇到哪几种情况，分析发现，一共有四种：
1. “原先结点” 为黑色，“当前结点” 为红色，那么我们把 “原先结点” 删掉后，拿 “当前结点” 去替换它，并修改颜色为黑色即可；
2. “原先结点” 为黑色，“当前结点” 为黑色，这种情况比较复杂，待会再说；
3. “原先结点” 为红色，“当前结点” 为红色，那么我们把 “原先结点” 删掉后，直接拿“当前结点” 去替换它即可；
4. “原先结点” 为红色，“当前结点” 为黑色，这和 “情况 3” 一样，直接拿“当前结点” 去替换它即可。
**最后**，我们只需看下上述的 “情况 2”。这种情况可以进一步再划分为 8 种情况，因为涉及到镜像操作，所以我们只需理解其中一边镜像的 4 种情况即可（注意，下面的图片上，“原先结点” 已被删除，故未画出，我们只画出了 “当前结点” ）：
- **Case 1：当前结点是黑色，兄弟结点是红色**
“结点 1” 为 “当前结点”。观察上图，因 “原先结点” 已被删除，故路径`2->1`上少了一个黑色结点（右侧路径的黑色结点未画完全），那么我们的处理策略就是：
- 将 "兄弟结点" 改为黑色；
- 将 "父亲结点" 改为红色；
- 以 "父亲结点" 为支点进行左旋；
- 左旋后，重新设置 "兄弟结点"。
处理完后，我们发现路径`2->1`上依旧是 2 个黑色结点，说明当前状态并不满足红黑树性质。其实，这是进入了下面的 Case 2，Case 3，和 Case 4 阶段了，请继续往下看。
- **Case 2：当前结点是黑色，兄弟结点是黑色，两个孩子为空或是黑色**
"结点 1" 为 “当前节点”。观察上图，因 “原先结点” 已被删除，故路径`2->1`上少了一个黑色结点，那么我们的处理策略就是：
- 将 “兄弟结点” 改为红色；
- 将 “父亲结点” 设置为新的 “当前结点”，继续进行操作。
处理完后，我们发现路径`2->1`上还是只有 1 个黑色结点，且有两个红色结点相连，说明当前状态不满足红黑树性质，但是我们发现只要把 “结点 2” 着色为黑色不就行了么，这也就是`erase_rebalance()`代码最后出现`if(x) x->color = black;`的缘由之一（`x`指向的是 “当前结点”）。
- **Case 3：当前结点是黑色，兄弟结点是黑色，兄弟结点的左孩子是红色，右孩子为空或是黑色**
“结点 1” 为 “当前结点”。观察上图，因 “原先结点” 已被删除，故路径`2->1`上少了一个黑色结点，那么我们的处理策略就是：
- 将 “兄弟结点” 的左孩子改为黑色；
- 将 “兄弟结点” 改为红色；
- 以 “兄弟结点” 为支点进行右旋；
- 右旋后，重新设置 “当前结点” 的 “兄弟结点”。
处理完后，我们发现图中`2->1`上还是只有 1 个黑色结点，说明当前状态不满足红黑树性质。其实这是进入了Case 4。
- **Case 4：当前结点是黑色，兄弟结点是黑色，兄弟结点的右孩子是红色，左孩子为空或红黑皆可**
“结点 1” 为 “当前结点”。观察上图，因 “原先结点” 已被删除，故路径`2->1`上少了一个黑色结点，那么我们的处理策略就是：
- 将 “父亲结点” 的颜色赋给 “兄弟结点”；
- 将 “父亲结点” 改为黑色；
- 将 “兄弟结点” 的右孩子改为黑色；
- 以 “父亲结点” 为支点进行左旋；
处理完后，一切 OK。
代码如下：
```c++
void RBTree::erase_rebalance(Node* z)
{
Node* y = z;
Node* x = nullptr;
Node* x_parent = nullptr;
if (y->left == nullptr)
x = y->right;
else if (y->right == nullptr)
x = y->left;
else /* 结点 z 的孩子都存在 */
{
y = y->right;
while (y->left)
y = y->left; /* 找到后继结点 */
x = y->right;
}
/* y != z 说明结点 z 的孩子都存在 */
if (y != z)
{
z->left->parent = y;
y->left = z->left;
if (y != z->right)
{
x_parent = y->parent;
if (x)
x->parent = y->parent;
y->parent->left = x;
y->right = z->right;
z->right->parent = y;
}
else
x_parent = y;
if (root == z)
root = y;
else if (z->parent->left == z)
z->parent->left = y;
else
z->parent->right = y;
y->parent = z->parent;
swap(y->color, z->color);
y = z;
}
else
{
x_parent = y->parent;
if (x)
x->parent = y->parent;
if (root == z)
root = x;
else if (z->parent->left == z)
z->parent->left = x;
else
z->parent->right = x;
}
/*
经过上边的处理，y 指向真正要删除的结点（即文中所定义的 “原先结点”）；x 为 y 的左孩子
或右孩子（也可能为空），作为结点 y 被删除后的替补结点（即文中所定义的 “当前结点”）。
*/
if (y->color == black)
{
if (x != root && (x == nullptr || x->color == black))
{
if (x == x_parent->left)
{
Node* w = x_parent->right;
if (w->color == red) /* Case 1 */
{
w->color = black;
x_parent->color = red;
rotate_left(x_parent);
w = x_parent->right;
}
if ((w->left == nullptr || w->left->color == black) && /* Case 2 */
(w->right == nullptr || w->right->color == black))
{
w->color = red;
x = x_parent;
x_parent = x_parent->parent;
}
else
{
if (w->right == nullptr || w->right->color == black) /* Case 3 */
{
if (w->left)
w->left->color = black;
w->color = red;
rotate_right(w);
w = x_parent->right;
}
w->color = x_parent->color; /* Case 4 */
x_parent->color = black;
if (w->right)
w->right->color = black;
rotate_left(x_parent);
}
}
else /* left <-> right */
{
Node* w = x_parent->left;
if (w->color == red)
{
w->color = black;
x_parent->color = red;
rotate_right(x_parent);
w = x_parent->left;
}
if ((w->right == nullptr || w->right->color == black) &&
(w->left == nullptr || w->left->color == black))
{
w->color = red;
x = x_parent;
x_parent = x_parent->parent;
}
else
{
if (w->left == nullptr || w->left->color == black)
{
if (w->right)
w->right->color = black;
w->color = red;
rotate_left(w);
w = x_parent->left;
}
w->color = x_parent->color;
x_parent->color = black;
if (w->left)
w->left->color = black;
rotate_right(x_parent);
}
}
}
if (x)
x->color = black;
}
}
void RBTree::erase(int key)
{
Node* z = find(key);
if (z)
{
erase_rebalance(z);
delete z;
}
}
```
## 三：完整代码
```c++
#include <iostream>
#include <algorithm>
using namespace std;
enum { red = 0, black = 1 };
struct Node
{
int key;
bool color;
Node* parent;
Node* left;
Node* right;
Node(int key = 0)
{
this->key = key;
this->color = red;
this->parent = this->left = this->right = nullptr;
}
};
class RBTree
{
private:
Node* root;
private:
void rotate_left(Node* x);
void rotate_right(Node* x);
void destroy(Node* node);
void insert_rebalance(Node* x);
void erase_rebalance(Node* z);
void in_order(Node* node);
public:
RBTree();
~RBTree();
Node* insert(int key);
Node* find(int key);
void erase(int key);
void print();
};
RBTree::RBTree()
{
root = nullptr;
}
void RBTree::destroy(Node* node)
{
if (node == nullptr)
return;
destroy(node->left);
destroy(node->right);
delete node;
}
RBTree::~RBTree()
{
destroy(root);
root = nullptr;
}
void RBTree::rotate_left(Node* x)
{
Node* y = x->right;
x->right = y->left;
if (y->left)
y->left->parent = x;
y->parent = x->parent;
if (x == root)
root = y;
else if (x == x->parent->left)
x->parent->left = y;
else
x->parent->right = y;
y->left = x;
x->parent = y;
}
void RBTree::rotate_right(Node* x)
{
Node* y = x->left;
x->left = y->right;
if (y->right)
y->right->parent = x;
y->parent = x->parent;
if (x == root)
root = y;
else if (x == x->parent->right)
x->parent->right = y;
else
x->parent->left = y;
y->right = x;
x->parent = y;
}
Node* RBTree::find(int key)
{
Node* z = root;
while (z)
{
if (key < z->key)
z = z->left;
else if (key > z->key)
z = z->right;
else
return z;
}
return z;
}
void RBTree::insert_rebalance(Node* x)
{
x->color = red;
while (x != root && x->parent->color == red)
{
if (x->parent == x->parent->parent->left)
{
Node* y = x->parent->parent->right;
if (y && y->color == red) /* Case 1 */
{
x->parent->color = black;
y->color = black;
x->parent->parent->color = red;
x = x->parent->parent;
}
else
{
if (x == x->parent->right) /* Case 2 */
{
x = x->parent;
rotate_left(x);
}
x->parent->color = black; /* Case 3 */
x->parent->parent->color = red;
rotate_right(x->parent->parent);
break;
}
}
else /* left <-> right */
{
Node* y = x->parent->parent->left;
if (y && y->color == red)
{
x->parent->color = black;
y->color = black;
x->parent->parent->color = red;
x = x->parent->parent;
}
else
{
if (x == x->parent->left)
{
x = x->parent;
rotate_right(x);
}
x->parent->color = black;
x->parent->parent->color = red;
rotate_left(x->parent->parent);
break;
}
}
}
root->color = black;
}
Node* RBTree::insert(int key)
{
if (root == nullptr)
{
root = new Node(key);
root->color = black;
return root;
}
Node* cur = root;
Node* pre = nullptr;
while (cur)
{
pre = cur;
if (key < cur->key)
cur = cur->left;
else if (key > cur->key)
cur = cur->right;
else
return nullptr; /* 不可重复插入 */
}
cur = new Node(key);
cur->parent = pre;
if (key < pre->key)
pre->left = cur;
else
pre->right = cur;
insert_rebalance(cur);
return cur;
}
void RBTree::erase_rebalance(Node* z)
{
Node* y = z;
Node* x = nullptr;
Node* x_parent = nullptr;
if (y->left == nullptr)
x = y->right;
else if (y->right == nullptr)
x = y->left;
else /* 结点 z 的孩子都存在 */
{
y = y->right;
while (y->left)
y = y->left; /* 找到后继结点 */
x = y->right;
}
/* y != z 说明结点 z 的孩子都存在 */
if (y != z)
{
z->left->parent = y;
y->left = z->left;
if (y != z->right)
{
x_parent = y->parent;
if (x)
x->parent = y->parent;
y->parent->left = x;
y->right = z->right;
z->right->parent = y;
}
else
x_parent = y;
if (root == z)
root = y;
else if (z->parent->left == z)
z->parent->left = y;
else
z->parent->right = y;
y->parent = z->parent;
swap(y->color, z->color);
y = z;
}
else
{
x_parent = y->parent;
if (x)
x->parent = y->parent;
if (root == z)
root = x;
else if (z->parent->left == z)
z->parent->left = x;
else
z->parent->right = x;
}
/*
经过上边的处理，y 指向真正要删除的结点（即文中所定义的 “原先结点”）；x 为 y 的左孩子
或右孩子（也可能为空），作为结点 y 被删除后的替补结点（即文中所定义的 “当前结点”）。
*/
if (y->color == black)
{
if (x != root && (x == nullptr || x->color == black))
{
if (x == x_parent->left)
{
Node* w = x_parent->right;
if (w->color == red) /* Case 1 */
{
w->color = black;
x_parent->color = red;
rotate_left(x_parent);
w = x_parent->right;
}
if ((w->left == nullptr || w->left->color == black) && /* Case 2 */
(w->right == nullptr || w->right->color == black))
{
w->color = red;
x = x_parent;
x_parent = x_parent->parent;
}
else
{
if (w->right == nullptr || w->right->color == black) /* Case 3 */
{
if (w->left)
w->left->color = black;
w->color = red;
rotate_right(w);
w = x_parent->right;
}
w->color = x_parent->color; /* Case 4 */
x_parent->color = black;
if (w->right)
w->right->color = black;
rotate_left(x_parent);
}
}
else /* left <-> right */
{
Node* w = x_parent->left;
if (w->color == red)
{
w->color = black;
x_parent->color = red;
rotate_right(x_parent);
w = x_parent->left;
}
if ((w->right == nullptr || w->right->color == black) &&
(w->left == nullptr || w->left->color == black))
{
w->color = red;
x = x_parent;
x_parent = x_parent->parent;
}
else
{
if (w->left == nullptr || w->left->color == black)
{
if (w->right)
w->right->color = black;
w->color = red;
rotate_left(w);
w = x_parent->left;
}
w->color = x_parent->color;
x_parent->color = black;
if (w->left)
w->left->color = black;
rotate_right(x_parent);
}
}
}
if (x)
x->color = black;
}
}
void RBTree::erase(int key)
{
Node* z = find(key);
if (z)
{
erase_rebalance(z);
delete z;
}
}
void RBTree::in_order(Node* node)
{
if (node == nullptr)
return;
in_order(node->left);
cout << "( " << node->key << ", " << node->color << " )" << endl;
in_order(node->right);
}
void RBTree::print()
{
in_order(root);
cout << endl;
}
int main()
{
cout << "red: " << red << ", black: " << black << endl << endl;
RBTree rb_tree;
/* test "insert" */
rb_tree.insert(7);
rb_tree.insert(2);
rb_tree.insert(1); rb_tree.insert(1);
rb_tree.insert(5);
rb_tree.insert(3);
rb_tree.insert(6);
rb_tree.insert(4);
rb_tree.insert(9);
rb_tree.insert(8);
rb_tree.insert(11); rb_tree.insert(11);
rb_tree.insert(10);
rb_tree.insert(12);
rb_tree.print();
/* test "find" */
Node* p = nullptr;
cout << ((p = rb_tree.find(2)) ? p->key : -1) << endl;
cout << ((p = rb_tree.find(100)) ? p->key : -1) << endl << endl;
/* test "erase" */
rb_tree.erase(1);
rb_tree.print();
rb_tree.erase(9);
rb_tree.print();
rb_tree.erase(11);
rb_tree.print();
return 0;
}
```
数据测试如下：
```
( 1, 1 )
( 2, 1 )
( 3, 1 )
( 4, 0 )
( 5, 1 )
( 6, 1 )
( 7, 1 )
( 8, 1 )
( 9, 0 )
( 10, 0 )
( 11, 1 )
( 12, 0 )
2
-1
( 2, 1 )
( 3, 1 )
( 4, 1 )
( 5, 1 )
( 6, 1 )
( 7, 1 )
( 8, 1 )
( 9, 0 )
( 10, 0 )
( 11, 1 )
( 12, 0 )
( 2, 1 )
( 3, 1 )
( 4, 1 )
( 5, 1 )
( 6, 1 )
( 7, 1 )
( 8, 1 )
( 10, 0 )
( 11, 1 )
( 12, 0 )
( 2, 1 )
( 3, 1 )
( 4, 1 )
( 5, 1 )
( 6, 1 )
( 7, 1 )
( 8, 1 )
( 10, 0 )
( 12, 1 )
```
## 四：时间复杂度
最坏情况，输入的序列为升序或降序，此时红黑相间的路径长度是全黑路径长度的2倍，时间复杂度为$O_{worst}(2logn)$。
平均情况，时间复杂度为$O_{avg}(logn)$。
## 五：需注意的地方
有三个需要注意的地方。
### 5.1 insert_rebalance
`insert_rebalance`操作可能会有$O(logn)$量级的回溯（第一个注意点）。
当程序进入`insert_rebalance`的`while (x != root() && x->parent->color == red)`后，它只会有如下 6 种运行方式：
1. Case 1；
2. Case 1 ----> Case 1 ----> Case 1 ......；
3. Case 1 ----> ...... ----> Case 2 ----> Case 3；
4. Case 1 ----> ...... ----> Case 3；
5. Case 2 ----> Case 3；
6. Case 3；
而这回溯就发生在第 2，3，4 种，我们就以第 2 种的为例，如下图，
“结点 1” 为新插入结点，此时属于 “Case 1：当前结点的父亲是红色，叔叔存在且也是红色”。那么我们的处理策略就是：
- 将 “父亲结点” 改为黑色；
- 将 “叔叔结点” 改为黑色；
- 将 “祖父结点” 改为红色；
- 将 “祖父结点” 设为 “当前结点”，继续进行操作。
但处理完后，根据代码`while (x != root() && x->parent->color == red)`，我们发现 “当前结点” 又进入了 Case 1。假设每次处理完后都会进入 Case 1，那么这样的处理操作会直到根结点才会结束。
另外，根据运行方式第 3，4，5，6 种，我们发现，一旦 Case 3 处理完后，整个`insert_rebalance`随之结束，这就是为什么在 Case 3 的处理代码下方加入一行`break;`的原因（第二个注意点）。
### 5.2 erase_rebalance
可能会有人好奇`erase_rebalance`为何使用`if (x != root() && (x == nullptr || x->color == black))`，而不是`while (x != root() && (x == nullptr || x->color == black))`。
那是因为`erase_rebalance`不存在回溯问题（第三个注意点）。
当程序进入`if (x != root() && (x == nullptr || x->color == black))`后，它只会有如下 6 种运行方式：
1. Case 1 ----> Case 2；
2. Case 1 ----> Case 3 ----> Case 4；
3. Case 1 ----> Case 4;
4. Case 2；
5. Case 3 ----> Case 4；
6. Case 4;
## 六：参考文献
- SGI_STL. [stl_tree.h](https://github.com/Hapoa/sgi-stl/blob/master/src/stl_tree.h).
- 维基百科. [红黑树](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%BA%A2%E9%BB%91%E6%A0%91).
- [http://algs4.cs.princeton.edu/33balanced/](http://algs4.cs.princeton.edu/33balanced/).
- [http://www.cs.princeton.edu/~rs/talks/LLRB/Java/](http://www.cs.princeton.edu/~rs/talks/LLRB/Java/).
参考：https://github.com/Hapoa/blog-articles/blob/master/algorithm/红黑树.md#一背景
To get,you have to give.To give,you need learn to insist.If you really find it is hard for you,then you quit.But once you quit.Don't complain.
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