STL源码笔记（17）—二叉排序树BST（C++封装）
来源：互联网 发布：自动识别照片软件 编辑：程序博客网 时间：2024/06/16 04:59
二叉排序树BST
STL中还有一类非常重要的容器，就是关联容器，比如map啊set啊等等，这些容器说实话，在应用层上还不能完全得心应手（比如几种容器效率的考虑等等），更别说源码了，因此这一部分打算稳扎稳打，好好做做笔记研究一番。
说到关联容器，我们想到了什么AVL树，红黑树等等，但大多时候我们仅仅局限于知道其名字，或者知道其概念，俗话说“talk is cheap，show me the code”，因此，我打算从他们的祖爷爷二叉排序树开始下手。（其实，侯老师的书上也是这么安排的哈）
1.概念
1.任意节点的左子树不空，则左子树上所有节点的值均小于它的根节点的值；
2.任意节点的右子树不空，则右子树上所有节点的值均大于它的根节点的值；
3.任意节点的左、右子树也分别为二叉查找树；
4.没有键值相等的节点。
二叉查找树相比于其他数据结构的优势在于查找、插入的时间复杂度较低。为
2.性质
1.中序遍历是一个升序的有序序列。
2.搜索、插入、删除的复杂度等于树高，期望
3.二叉排序树的实现
既然看到此，不如试着实现一下二叉排序树，主要需要包含这些操作：构建二叉排序树输入一个序列输出一个二叉排序树，插入、删除节点。
写代码之前考虑的问题：
1.二叉排序树的插入一定是在叶子节点处。
2.二叉排序树的删除需要考虑三种情况：
a）待删除节点在叶子节点处
直接另其父节点相应指针制空，并删除该节点即可。
b）待删除节点只含有一个孩子（左子树为空或者右子树为空）
将待删除节点父节点对应指针指向待删除节点的孩子节点。
c）待删除节点即包含左右孩子都不为空
找到待删除节点的右子树的最小值（右子树一路向左），并将该值替换待删除节点的值，最后删除最小值原本所在位置的节点（叶子节点）。3.二叉排序树的中序遍历是升序。
4.摈弃以前的C语言写法，我这次想把BST封装成一个C++类，虽然困难重重，勉强实现了吧。
5.既然是C++类，在析构函数中做所有节点内存释放处理（最后一个根节点需要特殊处理）。
上述5个问题中除了对C++的熟悉程度外，涉及BST算法部分最麻烦的就是删除操作了，因为它考虑的情况比较多，这里贴出侯老师书中的示意图方便理解：
目标节点只有一个孩子节点
目标节点有两个子节点
代码
编译运行环境：Visual Studio 2013，Windows 7 32 bits
（1）二叉排序树的节点数据结构
//BSTNode.h#ifndef __BSTNODE_H__#define __BSTNODE_H__#include<iostream>class BSTNode{public: BSTNode(); BSTNode(int val); int value; BSTNode *lchild; BSTNode *rchild;};#endif//--------------------------------------------//--------------------------------------------//--------------------------------------------//BSTNode.cpp#include "BSTNode.h"BSTNode::BSTNode(){ value = 0; lchild = NULL; rchild = NULL;}BSTNode::BSTNode(int val){ value = val; lchild = NULL; rchild = NULL;}（2）二叉排序树的C++类封装
//BST.h#ifndef __BST_H__#define __BST_H__#include "BSTNode.h"#include <vector>#include <iostream>class BSTNode;class BST{ //说明： //为了数据结构私有化，不为外部访问，这里提供一些私有内部函数实现真正的操作以"__"开头。 //对于public的接口来说，只需要直接调用内部函数即可private: BSTNode * bstroot;//二叉排序树数据结构 BSTNode * __search(BSTNode* root,const int& key);//查找关键字 BSTNode * __treeMin(BSTNode*const root,BSTNode *&parent);//返回当前节点的最小孩子（一路向左） BSTNode * __treeMax(BSTNode*const root);//查找最大值（未实现） bool __Insert( const int &key);//插入节点 bool __Delete(const int &key);//删除删除 bool __isLeaf(BSTNode* const &);//判断是否是叶子节点 bool __isNodeWithTwoChild(BSTNode * const &);//判断是否有两个孩子 void __InorderTraversal(BSTNode *root,std::vector<int>&result);//中序遍历 void __DeleteAllNodes(BSTNode *root);//删除所有节点public: //构造函数 BST();//默认构造函数 BST(std::vector<int>arr); BST(int *arr, int len); //析构函数 ~BST(); bool isEmpty() const;//判断树空 bool search(const int &key);//查找关键字是否存在的对外接口 bool Insert(const int &key);//插入节点的外部接口 bool Delete(const int &key);//删除节点的外部接口 void InorderTraversal(std::vector<int>&);//中序遍历的外部接口};#endif（3）二叉排序树C++类实现部分
//BST.cpp#include "BST.h"//判断树空bool BST::isEmpty() const{ return bstroot == NULL;}//判断是否是叶子节点（删除部分用到）bool BST::__isLeaf(BSTNode*const & root){ if ((root->lchild == NULL) && (root->rchild == NULL)) return true; else return false;}//判断节点是否有两个孩子（删除部分用到）bool BST::__isNodeWithTwoChild(BSTNode * const & root){ if (root->lchild != NULL &&root->rchild != NULL) return true; else return false;}//找到当前节点为根的子树中的最小值（删除部分用到，因此返回其父节点和当前节点）BSTNode * BST::__treeMin(BSTNode*const root,BSTNode *&parent){ BSTNode * curr = root; while (curr->lchild != NULL) { parent = curr; curr = curr->lchild; } return curr;}//删除节点内部实现bool BST::__Delete(const int &key){ bool found = false;//找到待删除的元素 if (isEmpty()) { std::cerr << "Binary Search Tree Is Empty" << std::endl;//BST为空 return false; } BSTNode * curr = bstroot; BSTNode *parent = NULL; while (curr != NULL)//查找待删除节点 { if (key == curr->value) { found = true; break; } else { parent = curr; if (key < curr->value) curr = curr->lchild; else curr = curr->rchild; } } if (!found) { std::cerr << "KeyValue Not Found" << std::endl; return false; } if (NULL == parent)//删除最后一个节点(根节点需要特殊处理) { bstroot = NULL; delete curr; return true; } //对于待删除的节点有三种可能： //1.叶子节点 //2.只包含左子树或者右子树（单个孩子） //3.既包含左子树又包含右子树 //删除节点的时候需要分3种情况进行考虑 if (__isLeaf(curr))//叶子节点 { if (parent->lchild == curr) parent->lchild = NULL; else parent->rchild = NULL; delete curr; return true; }//end if else if (__isNodeWithTwoChild(curr))//有两个孩子的节点 { //以当前节点的右子树中的最小值取代它 BSTNode*parent=curr; BSTNode *tmp = __treeMin(curr->rchild,parent); curr->value = tmp->value; if (parent->rchild == tmp) parent->rchild = NULL; else parent->lchild = NULL; delete tmp; return true; }//end else-if else//只有一个孩子的节点 { if (curr->lchild != NULL)//只有左孩子 { if (parent->lchild == curr) { parent->lchild = curr->lchild; delete curr; return true; } else { parent->rchild = curr->lchild; delete curr; return true; } } if (curr->rchild != NULL)//只有右孩子 { if (parent->lchild == curr) { parent->lchild = curr->rchild; delete curr; return true; } else { parent->rchild = curr->rchild; delete curr; return true; } } }//end else return false;}//删除操作的外部接口bool BST::Delete(const int &key){ return __Delete(key);}//插入节点的内部实现，插入操作一定都在叶子节点处。bool BST::__Insert(const int & key){ BSTNode* t = new BSTNode(key);//临时节点 BSTNode*parent = NULL; if (isEmpty())//新树 { bstroot = t; return true; } else { BSTNode* curr; curr = bstroot; while (curr) { //插入位置都位于叶子节点处 parent = curr; if (t->value > curr->value) curr = curr->rchild; else curr = curr->lchild; } if (t->value < parent->value) { parent->lchild = t; return true; } else { parent->rchild = t; return true; } } return false;}//插入节点的外部接口bool BST::Insert(const int &key){ return __Insert(key);}//构造函数BST::BST()//默认构造函数{ bstroot = NULL;}BST::BST(int*arr, int len)//数组构造{ bstroot = NULL; for (int i = 0; i < len; i++) { __Insert(*(arr + i)); }}BST::BST(std::vector<int>arr)//容器构造{ bstroot = NULL; for (int i = 0; i < (int)arr.size(); i++) { __Insert(arr[i]); }}//内部查找函数//递归调用BSTNode* BST::__search(BSTNode*root,const int& key){ if (NULL == root) return NULL; if (key == root->value) return root; else if (key < root->value) return __search(root->lchild, key); else return __search(root->rchild, key);}//查找函数接口bool BST::search(const int& key){ BSTNode*t = __search(bstroot, key); return t == NULL ? false : true; }//中序遍历内部实现void BST::__InorderTraversal(BSTNode *root,std::vector<int>&result){ if (NULL == root) return; __InorderTraversal(root->lchild, result); std::cout << root->value << " "; result.push_back(root->value); __InorderTraversal(root->rchild, result);}//中序遍历接口，vector保存遍历结果void BST::InorderTraversal(std::vector<int>&result){ __InorderTraversal(bstroot, result);}//删除所有节点（析构用）void BST::__DeleteAllNodes(BSTNode *root){ if (root == NULL) { return; } __DeleteAllNodes(root->lchild); __DeleteAllNodes(root->rchild); __Delete(root->value);}//析构函数BST::~BST(){ BSTNode*curr = bstroot; __DeleteAllNodes(curr);}（4）二叉排序树的测试代码
//main.cpp#include "BST.h"int main(){ std::vector<int>vec = { 8,6,2,5,1,3,7 }; BST bst(vec); bst.Delete(9);//Not found bst.Insert(4); bool found=bst.search(4); if (!found) std::cout << "not found" << std::endl; else std::cout << "found!" << std::endl; std::vector<int>result; bst.InorderTraversal(result); std::cout << std::endl; for (int i = 0; i < result.size(); i++) { std::cout << result[i] << " "; } std::cout << std::endl; system("pause"); return 0;}4.参考
http://www.cplusplus.com/forum/general/1551/
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