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二叉树抽象类型

这个二叉树的功能算很全面了~~
由给定的完全二叉树形式存储的数组(如"12345 6"),构造二叉树
提供:复制构造函数和赋值操作符重载,递归和非递归形式的中、前、后序遍历方法,求一个节点的父节点,左右兄弟结点的函数以及 求二叉树深度和结点个数的函数。

 1// BTreeNode.h
 2// 二叉树结点抽象类型
 3
 4#ifndef BTREENODE_H
 5#define BTREENODE_H
 6
 7#include <cstdlib>
 8
 9template<class T> class BTree;
10template<class T> class BTreeNode
11{
12    friend class BTree<T>;
13public:
14    BTreeNode():lchild(NULL),rchild(NULL){    };
15    BTreeNode(const T&dt, BTreeNode<T> *lch =NULL , BTreeNode<T> *rch = NULL)
16        :data(dt),lchild(lch),rchild(rch){};
17
18    T get_data()const {return data;    };    
19    BTreeNode<T>* get_lchild()const {return lchild;    };
20    BTreeNode<T>* get_rchild()const {return rchild;    };
21    
22private:
23    T data;
24    BTreeNode<T> *lchild, *rchild;
25}
;
26#endif

  

  1/************************************************************************
  2** BTree.h二叉树抽象类型
  3** 由给定的完全二叉树形式存储的数组(如"12345 6"),构造二叉树
  4** 提供:复制构造函数和赋值操作符重载   
  5** 递归和非递归形式的中、前、后序遍历方法
  6** 求一个节点的父节点,左右兄弟结点的函数     
  7** 求二叉树深度和结点个数的函数                                                       
  8************************************************************************/

  9#ifndef BTREE_H
 10#define BTREE_H
 11
 12#include "BTreeNode.h"
 13#include <stack> //非递归遍历时借用栈
 14#include <cstdlib> //NULL的定义在这里
 15
 16template <class T>
 17class BTree
 18{
 19private:
 20    BTreeNode<T>* build_body(T*elems, int n, int i); //构造二叉树时使用    
 21    BTreeNode<T>* root;
 22public:
 23    //三个构造函数
 24    BTree(T *a,int m);
 25    BTree(BTreeNode<T> *= NULL) { root = new BTreeNode<T>; copy_body(root, p);    };
 26    BTree(const T& t, BTree<T>& ltree, BTree<T>& rtree)
 27    {
 28        root = new BTreeNode<T>(t, ltree.root, rtree.root);    
 29        //原来两颗子树的根结点设置为空,避免非法访问,否则遍历时会出错,创建新树之前可以复制原来两棵树
 30        ltree.root = rtree.root = NULL;
 31    }
;
 32    //复制构造函数
 33    BTree(BTree& bt){root = new BTreeNode<T>; copy_body(root,bt.root);};        
 34    ~BTree() { destry(root); }
 35
 36    //重载复制操作符
 37    BTree<T>& operator = (const BTree<T>& nbt) {root = new BTreeNode<T>; copy_body(root,nbt.root);};
 38    //递归复制二叉树    
 39    static void copy_body(BTreeNode<T>*&p, BTreeNode<T>* q);            
 40    //递归遍历
 41    static void in_order(BTreeNode<T>*p, void visit(BTreeNode<T>* p));    
 42    static void pre_order(BTreeNode<T>*p, void visit(BTreeNode<T>* p));    
 43    static void post_order(BTreeNode<T>*p, void visit(BTreeNode<T>* p));
 44    virtual void pre_order(void visit(BTreeNode<T>* p))const {pre_order(root, visit);};
 45    virtual void in_order(void visit(BTreeNode<T>* p))const {in_order(root, visit);    };
 46    virtual void post_order(void visit(BTreeNode<T>* p))const {post_order(root, visit);    };
 47    //非递归遍历
 48    virtual void in_order1(void visit(BTreeNode<T>* p))const;
 49    virtual void pre_order1(void visit(BTreeNode<T>* p))const;
 50    virtual void post_order1(void visit(BTreeNode<T>* p))const;
 51
 52    BTreeNode<T>* get_root()const{return root;}//返回二叉树根
 53    BTreeNode<T>* get_parent(BTreeNode<T> *curr)const//返回给定结点父节点
 54    //定义见get_parent函数,只需修改一条语句
 55    BTreeNode<T>* get_left_sibling(BTreeNode<T>* curr)const//返回给定结点左兄弟结点
 56    //定义见get_parent函数,只需修改一条语句
 57    BTreeNode<T>* get_right_sibling(BTreeNode<T>* curr)const//返回给定结点右兄弟结点
 58    void set_root(BTreeNode<T>* p) { destry(root); copy_body(root, p);};
 59    
 60    //释放内存资源
 61    static void destry(BTreeNode<T> *&p);
 62
 63    //求二叉树结点个数
 64    static int num(BTreeNode<T>* p);
 65    int num()const return num(root);};
 66    //求二叉树深度
 67    static int depth(BTreeNode<T>* p);
 68    int depth()const {return depth(root);};
 69    //判断二叉树是否相等
 70    static bool equal(BTreeNode<T> *p, BTreeNode<T> *q);
 71    bool operator ==(BTree<T>&bt) const {return equal(root, bt.root);};
 72}
;
 73
 74//构造函数
 75template<class T>
 76BTree<T>::BTree(T *a,int m)
 77{        
 78    root = build_body(a, m, 1);//自作聪明,从0开始调用函数,导致l=2*i=0,没有输出结果,莫名其妙了半天
 79}
;
 80
 81//构造子树
 82template <class T>
 83BTreeNode<T>* BTree<T>::build_body(T*elems, int n, int i)//suffix
 84{
 85    BTreeNode<T> *p;
 86    int l,r;
 87    if( i <= n && elems[i-1!= ' ')
 88    {
 89         p = new BTreeNode<T>;
 90         p->data = elems[i-1];
 91         l = 2*i; //左儿子结点位置
 92         r = 2*+ 1//右儿子结点位置
 93         p->lchild = build_body(elems,n,l);
 94         p->rchild = build_body(elems,n,r);
 95         return p;
 96    }

 97    else
 98        return NULL;
 99}

100
101//复制二叉树
102template<class T>
103void BTree<T>::copy_body(BTreeNode<T>* &p, BTreeNode<T> *q)
104{
105    if(q != NULL)
106    {
107        if(p == NULL)
108            p = new BTreeNode<T>;
109        p->data = q->data;
110        copy_body(p->lchild,q->lchild);
111        copy_body(p->rchild,q->rchild);
112    }

113    else  p = NULL;
114}

115
116//递归中序遍历
117template<class T>
118void BTree<T>::in_order(BTreeNode<T>*p, void visit(BTreeNode<T>* p))
119{
120    if(p != NULL)
121    {
122        in_order(p->lchild,visit);
123        visit(p);
124        in_order(p->rchild,visit);
125    }

126}

127//递归前序遍历
128template<class T>
129void BTree<T>::pre_order(BTreeNode<T>*p,void visit(BTreeNode<T>*p))
130{
131    if(p != NULL)
132    {
133        visit(p);
134        pre_order(p->lchild,visit);
135        pre_order(p->rchild,visit);
136    }

137}

138//递归后序遍历
139template<class T>
140void BTree<T>::post_order(BTreeNode<T>*p,void visit(BTreeNode<T>*p))
141{
142    if(p != NULL)
143    {
144        post_order(p->lchild,visit);
145        post_order(p->rchild,visit);
146        visit(p);
147    }

148}

149//非递归中序遍历
150template<class T>
151void BTree<T>::in_order1( void visit(BTreeNode<T>* p))const
152{
153    cout << "The inorder is : ";
154    std::stack< BTreeNode<T>* > stk;
155    BTreeNode<T> * q; 
156    stk.push(root); //根结点进栈
157
158    while!stk.empty()) //若栈非空,重复
159    {
160        while(stk.top() != NULL) //栈顶结点的左儿子相继进栈,直到NULL为止
161        {
162            q= stk.top()->lchild;
163            stk.push(q);                
164        }

165        stk.pop(); //将NULL退出栈
166
167        if!stk.empty()) //访问栈顶结点,并将其跳出栈
168        {
169            q = stk.top();
170            stk.pop();
171            visit(q);
172            stk.push(q->rchild); //将原栈顶结点的右子树压入栈
173        }

174    }

175    cout << endl;
176}

177
178//非递归前序遍历
179template<class T>
180void BTree<T>::pre_order1(void visit(BTreeNode<T>*p))const
181{
182    cout << "The preorder is: " ;
183    std::stack< BTreeNode<T>* > stk;
184    BTreeNode<T>* q;
185    
186    visit(root); 
187    stk.push(root); //访问根节点,并将其压入栈
188    while!stk.empty())
189    {
190        while(stk.top() != NULL) //相继访问栈顶结点的左儿子,并将其压入栈,直至NULL
191        {
192            q = stk.top()->lchild;
193            if(q != NULL) visit(q);
194            stk.push(q);
195        }

196        
197        stk.pop(); // 将NULL跳出栈
198
199        if!stk.empty())
200        {
201            q = stk.top()->rchild; //标记原栈顶结点右儿子结点
202            stk.pop(); // 栈顶结点跳出栈
203            if( q != NULL)    visit(q); 
204            stk.push(q); //访问右儿子结点并将其压入栈
205        }

206    }

207    cout << endl;
208}

209
210//非递归后序遍历
211template <class T>
212void BTree<T>::post_order1(void visit(BTreeNode<T>* p))const
213{
214    cout << "The postorder is: ";
215    std::stack< BTreeNode<T>* > stk;
216    BTreeNode<T> *= NULL, *pre = NULL; //pre记录前一个访问的节点
217    
218    stk.push(root);
219
220    while!stk.empty()) //最后是树根是如何跳出循环
221    {
222        while(stk.top() != NULL) //栈顶结点的左儿子结点相继进栈,直到NULL
223            stk.push(stk.top()->lchild);
224        
225        stk.pop(); //NULL跳出栈
226
227        if(!stk.empty())
228        {
229            q = stk.top(); //栈顶结点跳出
230            stk.pop();    
231            // 当栈顶结点有右儿子,且没有被访问过时,将原栈顶结点重新压入栈,并将其右儿子也压入栈
232            if(q->rchild != NULL && !equal(q->rchild,pre))
233            {
234                stk.push(q);
235                stk.push(q->rchild);
236            }

237            // 不然,访问原栈顶结点,为防止重复遍历右儿子,将NULL压入栈
238            else
239            {
240                visit(q);
241                stk.push(NULL); 
242                pre = q;
243            }

244        }
        
245    }

246    cout << endl;
247}

248
249//求双亲结点
250//实质就是在中序遍历的时候顺便判断一下给定结点是不是某一节点的儿子结点
251template<class T>
252BTreeNode<T>* BTree<T>::get_parent(BTreeNode<T> *curr)const
253{
254    
255    cout << "The parent of " << curr->get_data() << " is: "
256    std::stack< BTreeNode<T>* > stk;
257    BTreeNode<T> *p, *q;
258    p = NULL;
259    stk.push(root);
260
261    while!stk.empty())
262    {
263        while(stk.top() != NULL)
264        {
265            q= stk.top()->lchild;
266            stk.push(q);                
267        }

268        stk.pop();
269
270        if!stk.empty())
271        {
272            q = stk.top();
273            stk.pop();
274            //求双亲结点
275            if(q->lchild == curr || q->rchild == curr) p = q;
276            //求左兄弟结点
277            //if(q->rchild == curr) p = q->lchild;
278            //求右兄弟结点
279            //if(q->lchild == curr) p = q->rchild;
280            stk.push(q->rchild);
281        }

282    }

283    return p;
284}

285
286//释放资源
287template<class T>
288void BTree<T>::destry(BTreeNode<T> *&p)
289{
290    if(p != NULL)
291    {
292        destry(p->lchild);
293        destry(p->rchild);
294        delete p;
295    }

296    p = NULL;
297}

298
299//求二叉树结点个数
300template<class T>
301int BTree<T>::num(BTreeNode<T>* p)
302{
303    if(p == NULL) return 0;
304    else return num(p->lchild) + num(p->rchild) + 1;
305}

306
307//求二叉树深度
308template<class T>
309int BTree<T>::depth(BTreeNode<T>* p)
310{
311    int max = 0;
312    if(p == NULL) return 0;
313    else
314    {
315        max = depth(p->lchild);
316        if(depth(p->rchild) > max) max = depth(p->rchild);
317        return (max + 1);
318    }

319}

320
321//判断二叉树是否相等
322template<class T>
323bool BTree<T>::equal(BTreeNode<T> *p, BTreeNode<T> *q)
324{
325    bool b = true;
326    if((p == NULL) && (q == NULL)) ;
327    else if((p == NULL) || (q == NULL)) b = false;
328    else
329    {
330        b = (p->data == q->data) && (p->lchild == q->lchild) && (p->rchild == q->rchild);
331    }

332    return b;
333}

334    
335#endif
 1//MainFn.cpp 测试二叉树功能
 2
 3#include "BTree.h"
 4#include <iostream>
 5
 6using std::endl;
 7using std::cout;
 8
 9//谓词函数predicate,定义访问二叉树结点的形式
10void visit(BTreeNode<char> *p) { cout << p->get_data() << " ";};
11
12int main()
13{
14    char *str = "12345 6";//字符数组的定义形式
15    char *str2 = "78 9";
16    BTree<char> bt(str,7);
17    BTree<char> bt_copy(bt);
18    BTree<char> bt_copy2(bt.get_root());
19    BTree<char> bt_copy3 = bt;
20    BTree<char> bt2(str2,4);
21
22    //BTree<char> bt3('a',bt,bt2); //创建新树,注意创建完这个树以后原先的两个树bt,bt2已经无效,不能再调用
23    //bt3.in_order1(visit);
24
25    //测试构造函数
26    bt.in_order1(visit);
27    bt_copy.in_order1(visit);
28    bt_copy2.in_order1(visit);
29    bt_copy3.in_order1(visit);
30    //测试遍历函数
31    bt.pre_order1(visit);
32    cout << "Postorder is :";
33    bt.post_order(visit);
34    cout <<endl;
35    bt.post_order1(visit);
36    //测试求二叉树结点个数和深度的函数及其他
37    cout << bt.num() << "," << bt.depth() <<endl;
38    cout << bt.get_parent(bt.get_root()->get_lchild())->get_data() <<endl; //求双亲结点
39    
40    return 0;
41}

posted on 2009-04-28 08:40 幸运草 阅读(1194) 评论(0)  编辑 收藏 引用 所属分类: Data Structure


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