深入理解Rust跳表查找算法（从零开始掌握Skip List在Rust中的高效实现）

如图所示，最底层（Level 0）包含所有元素，而越往上层，节点越稀疏。查找时从最高层开始，如果当前节点的下一个节点值小于目标值，则向右移动；否则下降一层继续查找。这种结构让跳表在平均情况下拥有接近平衡树的性能，但实现更简单。

为什么用 Rust 实现跳表？

Rust 是一门内存安全、无垃圾回收的系统编程语言。使用 Rust 实现跳表不仅能学习数据结构，还能深入理解 Rust 的所有权（Ownership）、借用（Borrowing）和生命周期（Lifetime）等核心概念。同时，Rust跳表实现在并发场景下也具有天然优势（配合 Arc 和 Mutex）。

跳表的基本结构

每个跳表节点包含：

• 一个值（value）
• 一个指向下一层同节点的引用（或指针）
• 多个指向右侧节点的引用（每层一个）

在 Rust 中，我们可以这样定义节点：

use std::rc::Rc;use std::cell::RefCell;#[derive(Debug)]struct SkipNode<T> {    value: T,    // 每一层的下一个节点    forward: Vec<Option<Rc<RefCell<SkipNode<T>>>>>,}impl<T> SkipNode<T> {    fn new(value: T, level: usize) -> Self {        SkipNode {            value,            forward: vec![None; level],        }    }}

这里我们使用 Rc<RefCell<...>> 来实现共享所有权和内部可变性，这是 Rust 中模拟指针的一种常见方式。

跳表查找算法详解

跳表的查找是整个结构的核心。算法步骤如下：

1. 从最高层的头节点开始
2. 如果当前层的下一个节点存在且其值小于目标值，则向右移动
3. 否则，下降一层
4. 重复直到第 0 层
5. 检查第 0 层下一个节点是否等于目标值

下面是 Rust 中的查找实现：

use std::cmp::Ordering;struct SkipList<T> {    head: Rc<RefCell<SkipNode<T>>>,    max_level: usize,    current_level: usize,}impl<T: Ord + Clone> SkipList<T> {    pub fn search(&self, value: &T) -> bool {        let mut current = self.head.clone();        // 从最高层开始向下查找        for level in (0..=self.current_level).rev() {            while let Some(next) = ¤t.borrow().forward[level] {                match next.borrow().value.cmp(value) {                    Ordering::Less => {                        current = next.clone();                    }                    _ => break,                }            }        }        // 检查第0层的下一个节点是否匹配        if let Some(next) = ¤t.borrow().forward[0] {            next.borrow().value == *value        } else {            false        }    }}

这段代码清晰地体现了 Rust跳表查找算法 的逻辑。注意我们使用了 Ord trait 来支持任意可比较类型。

完整示例与测试

下面是一个简化的完整跳表（仅包含查找功能）示例：

fn main() {    // 创建一个最大层数为4的跳表    let mut skiplist = SkipList::new(4);        // 插入一些数据（此处省略insert实现）    // skiplist.insert(3);    // skiplist.insert(6);    // skiplist.insert(7);    // skiplist.insert(9);    // skiplist.insert(12);        // 查找    println!("查找 7: {}", skiplist.search(&7));  // true    println!("查找 5: {}", skiplist.search(&5));  // false}

虽然我们省略了插入逻辑（涉及随机层数生成），但查找部分已足够展示 跳表(Skip List)Rust 的核心思想。

总结

通过本文，你已经掌握了跳表的基本原理和在 Rust 中的查找实现。跳表是一种优雅的数据结构，特别适合需要有序集合且频繁查找的场景。相比红黑树等平衡树，跳表更容易理解和调试，这也是 Redis 选择跳表作为有序集合底层结构的原因之一。

希望这篇 Rust数据结构教程 能帮助你迈出学习高级数据结构的第一步。动手尝试扩展这个跳表，加入插入和删除功能吧！