跳表通过多层链表实现快速查找，C++中以随机层级和指针数组构建，支持高效插入、删除与搜索，平均时间复杂度O(log n)，代码简洁但需注意线程安全。
跳表（Skip List）是一种基于概率的动态数据结构，用来快速查找、插入和删除元素，平均时间复杂度为 O(log n)。相比平衡树，跳表实现更简单，同时具备良好的性能。在C++中实现跳表，需要理解其层级链表结构和随机层级生成机制。
跳表的基本原理
跳表通过多层链表实现快速跳跃访问：
底层是有序链表，包含所有元素每一层都是下一层的“快照”，只包含部分节点查找时从顶层开始，横向跳跃，遇到更大值则下降一层每个节点有一定概率晋升到上一层（通常为50%）
定义跳表节点结构
每个节点包含多个向右指针，层数在创建时随机决定：
template class SkipListNode {public: K key; V value; std::vector forward;SkipListNode(K k, V v, int level) : key(k), value(v), forward(level, nullptr) {}
};
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说明： forward 是一个指针数组，forward[i] 指向第 i 层的下一个节点。
跳表类的基本框架
实现核心操作：查找、插入、删除、层级生成等：
template class SkipList {private: static const int MAX_LEVEL = 16; int currentLevel; SkipListNode* header;int randomLevel();void displayList();
public:SkipList();~SkipList();
SkipListNode* search(K key);void insert(K key, V value);void remove(K key);void display();
};
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关键成员解释：
MAX_LEVEL： 最大层数限制，避免无限增长currentLevel： 当前跳表最高非空层header： 头节点，每层都有一个指向第一个有效节点的指针
随机生成节点层级
使用随机数决定新节点应有多少层：
template int SkipList::randomLevel() { int level = 1; while (rand() % 2 && level < MAX_LEVEL) { level++; } return level;}
说明： 每次有50%的概率继续向上加一层，直到达到最大限制。
查找操作实现
从顶层开始，向右走到底再往下走：
template SkipListNode* SkipList::search(K key) { SkipListNode* curr = header; for (int i = currentLevel; i >= 1; i--) { while (curr->forward[i] && curr->forward[i]->key forward[i]; } } curr = curr->forward[1]; if (curr && curr->key == key) { return curr; } return nullptr;}
插入操作详解
先搜索路径记录每层最后到达的节点，再逐层更新指针：
template void SkipList::insert(K key, V value) { std::vector<SkipListNode*> update(MAX_LEVEL + 1, nullptr); SkipListNode* curr = header;for (int i = currentLevel; i >= 1; i--) { while (curr->forward[i] && curr->forward[i]->key forward[i]; } update[i] = curr;}curr = curr->forward[1];if (curr && curr->key == key) { curr->value = value; return;}int newLevel = randomLevel();if (newLevel > currentLevel) { for (int i = currentLevel + 1; i <= newLevel; i++) { update[i] = header; } currentLevel = newLevel;}SkipListNode* newNode = new SkipListNode(key, value, newLevel);for (int i = 1; i forward[i] = update[i]->forward[i]; update[i]->forward[i] = newNode;}
}
删除节点操作
找到节点后，将其从各层链表中移除，并清理空层：
template void SkipList::remove(K key) { std::vector<SkipListNode*> update(MAX_LEVEL + 1, nullptr); SkipListNode* curr = header;for (int i = currentLevel; i >= 1; i--) { while (curr->forward[i] && curr->forward[i]->key forward[i]; } update[i] = curr;}curr = curr->forward[1];if (!curr || curr->key != key) return;for (int i = 1; i forward[i] != curr) break; update[i]->forward[i] = curr->forward[i];}delete curr;while (currentLevel > 1 && header->forward[currentLevel] == nullptr) { currentLevel--;}
}
构造与析构函数
初始化头节点并释放内存：
template SkipList::SkipList() : currentLevel(1) { header = new SkipListNode(K(), V(), MAX_LEVEL);}template SkipList::~SkipList() {SkipListNode curr = header->forward[1];while (curr) {SkipListNode next = curr->forward[1];delete curr;curr = next;}delete header;}
打印跳表结构
便于调试，显示每层节点：
template void SkipList::display() { for (int i = currentLevel; i >= 1; i--) { SkipListNode* node = header->forward[i]; std::cout << "Level " << i << ": "; while (node) { std::cout <key << "(" <value <forward[i]; } std::cout << std::endl; }}
基本上就这些。C++实现跳表的关键在于管理多级指针和维护搜索路径。虽然不如STL中的set/map底层高效（红黑树或B+树），但跳表代码清晰、易于扩展（如支持范围查询、计数等），适合学习和特定场景使用。注意线程安全问题，若需并发访问，应添加锁机制。
以上就是c++++怎么实现一个跳表(Skip List)_C++高效数据结构与跳表实现指南的详细内容，更多请关注创想鸟其它相关文章！
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