C++实现二叉搜索书（参考算法导论）

#include <iostream>
using namespace std;

struct node 
{
    // 数据域
    int data;

    // 左节点
    node *lc;

    // 右结点
    node *rc;

    // 构造函数
    node()
        : data(0)
        , lc(NULL)
        , rc(NULL)
    {
    }
};


// bst
class bstree
{
public:
    enum
    {
        hmax_size_32767     = 32767,
        hmin_size_0         = 0,
    };

public:

    // 构造函数
    bstree()
        : root(NULL)
        , size(0)
    {
    }

    // 析构函数
    virtual ~bstree(){}
    
    int get_size()
    {
        return size;
    }

    // 插入结点
    void insert_node(int data)
    {
        int cur_size = get_size();
        if (hmax_size_32767 == cur_size)
        {
            cout << "insert node error, the size of the tree is max" << endl;
            return ;
        }
        root = insert(root, data);
    }

    // 先序遍历（前序遍历）
    void pre_order()
    {
        pre_order_traverse(root);
    }

    // 中序遍历
    void in_order()
    {
        in_order_traverse(root);
    }

    // 后序遍历
    void post_order()
    {
        post_order_traverse(root);
    }

    /*
        查找某个结点
        int key - 查找结果

        返回值：
            NULL : 可能为root为空 或者 没有找到
            != NULL, 找到结点
    */
    node* query(int key)
    {
        if (NULL == root)
        {
            cout << "query error, root = null" << endl;
            return NULL;
        }

        return query_node(root, key);
    }

    // 删除树
    void remove_all()
    {
        if (NULL == root)
        {
            cout << "remove all failed, root = null" << endl;
            return;
        }
        
        remove_all(root);

        int cur_size = get_size();
        if (0 == cur_size)
            root = NULL;
    }

    // 删除某个结点
    void remove_node(int del_data)
    {
        if (NULL == root)
        {
            cout << "remove node error, root = null" << endl;
            return;
        }

        node *parent_node   = NULL;
        node *del_node      = root;

        // 找到删除结点的父节点与删除结点
        while (del_node)
        {
            if (del_data == del_node->data)
                break;
            else if (del_data > del_node->data)
            {
                parent_node = del_node;
                del_node    = del_node->rc;
            }
            else if (del_data < del_node->data)
            {
                parent_node = del_node;
                del_node = del_node->lc;
            }
        }

        // 若没有找到要删除的结点
        if (NULL == del_node)
        {
            cout << "remove node error, " << del_data << " was not find" << endl;
            return;
        }

        // 1、若删除的结点没有左子树和右子树
        if ( (NULL == del_node->lc) && (NULL == del_node->rc)  )
        {
            // 为什么要先判断根结点，因为根结点的父节点找不到，结果为NULL，
            // 1.1 可能只有一个根结点， 将root释放值为空
            if (del_node == root)
            {
                root = NULL;
                delete del_node;
                del_node = NULL;

                dec_size();
                return;
            }

            // 1.2 非根结点，那就是叶子结点了， 将父节点指向删除结点的分支指向NULL
            if  (del_node == parent_node->lc)
                parent_node->lc = NULL;
            else if (del_node == parent_node->rc)
                parent_node->rc  = NULL;

            // 释放结点
            delete del_node;
            del_node = NULL;
            dec_size();
        }

        // 2、若删除结点只有左孩子，没有右孩子
        else if ( (NULL != del_node->lc) && (NULL == del_node->rc) )
        {
            // 2.1 删除结点为根结点，则将删除结点的左孩子替代当前删除结点
            if (del_node == root)
            {
                root = root->lc;
            }
            // 2.2 其他结点，将删除结点的左孩子作为父节点的左孩子
            else
            {
                if (parent_node->lc == del_node)
                    parent_node->lc = del_node->lc;
                else if (parent_node->rc == del_node)
                    parent_node->rc = del_node->lc;
            }

            delete del_node;
            del_node = NULL;

            dec_size();
        }

        // 3、若删除结点只有右孩子
        else if ( (NULL == del_node->lc) && (NULL != del_node->rc) )
        {
            // 3.1 若为根结点
            if (root == del_node)
            {
                root = root->rc;
            }
            else
            {
                if (del_node == parent_node->lc)
                    parent_node->lc = del_node->rc;
                else if (del_node == parent_node->rc)
                    parent_node->rc = del_node->rc;
            }

            delete del_node;
            del_node = NULL;

            dec_size();
        }

        // 4、若删除结点既有左孩子，又有右孩子,需要找到删除结点的后继结点作为根结点
        else if ( (NULL != del_node->lc) && (NULL != del_node->rc) )
        {
            node *successor_node = del_node->rc;
            parent_node = del_node;

            while (successor_node->lc)
            {
                parent_node = successor_node;
                successor_node = successor_node->lc;
            }

            // 交换后继结点与当前删除结点的数据域
            del_node->data = successor_node->data;
            // 将指向后继结点的父节点的孩子设置后继结点的右子树
            if (successor_node == parent_node->lc)
                parent_node->lc = successor_node->rc;
            else if (successor_node == parent_node->rc)
                parent_node->rc = successor_node->rc;

            // 删除后继结点
            del_node = successor_node;
            delete del_node;
            del_node = NULL;

            dec_size();
        }
    }

    // 返回以proot为根结点的最小结点
    node *get_min_node(node *proot)
    {
        if (NULL == proot->lc)
            return proot;

        return get_min_node(proot->lc);
    }

    // 返回以proo为根节点的最大结点
    node *get_max_node(node *proot)
    {
        if (NULL == proot->rc)
            return proot;
        
        return get_max_node(proot->rc);
    }

    // 返回根节点
    node *get_root_node()
    {
        return root;
    }

    // 返回proot结点的父节点
    node *get_parent_node(int key)
    {
        // 当前结点
        node *cur_node = NULL;
        // 父节点
        node *parent_node = NULL;

        cur_node = root;

        // 标记是否找到
        bool is_find = false;
        while (cur_node)
        {
            if (key == cur_node->data)
            {
                is_find = true;
                break;
            }

            // 因为比当前结点的值还要小，所以需要查找当前结点的左子树
            else if (key < cur_node->data)
            {
                parent_node = cur_node;
                cur_node = cur_node->lc;
            }
            // 同上， 查找当前结点的右子树
            else if (key > cur_node->data)
            {
                parent_node = cur_node;
                cur_node    = cur_node->rc;
            }
        }

        return (true == is_find)?  parent_node :  NULL; 
    }

    // 查找某个结点为根节点的最结点

private:


    //查找某个值
    node *query_node(node *proot, int key)
    {
        if (NULL == proot)
        {
            return proot;
        }

        if (proot->data == key)
            return proot;
        else if (proot->data > key)
        {
            return query_node(proot->lc, key);
        }
        else if (proot->data < key)
        {
            return query_node(proot->rc, key);
        }
        
        return NULL;
    }

    // 后序遍历删除所有结点
    void remove_all(node *proot)
    {
        if (NULL != proot)
        {
            remove_all(proot->lc);
            remove_all(proot->rc);
            delete proot;

            dec_size();
        }
    }

    // 先序遍历
    void pre_order_traverse(node *proot)
    {
        if (NULL != proot)
        {
            cout << proot->data << ",   "; 
            pre_order_traverse(proot->lc);
            pre_order_traverse(proot->rc);
        }
    }

    // 中序遍历
    void in_order_traverse(node *proot)
    {
        if (NULL != proot)
        {
            in_order_traverse(proot->lc);
            cout << proot->data << ",   "; 
            in_order_traverse(proot->rc);
        }
    }

    // 后续遍历
    void post_order_traverse(node *proot)
    {
        if (NULL != proot)
        {
            post_order_traverse(proot->lc);
            post_order_traverse(proot->rc);
            cout << proot->data << ",   ";
        }
    }

    // 插入结点
    node *insert(node *proot, int data)
    {
        // 结点不存在， 则创建
        if (NULL == proot)
        {
            node *new_node = new(std::nothrow) node;
            if (NULL != new_node)
            {
                new_node->data = data;
                proot = new_node;
                
                // 结点+1；
                add_size();
            }

            return proot;
        }

        //  插入值比当前结点值还要小， 则应该插入到当前节点的左边
        if (proot->data > data)
        {
            proot->lc = insert(proot->lc, data);
        }
        // 插入之比当前结点值还要打，则应该插入到当前结点的右边
        else if (proot->data < data)
        {
            proot->rc = insert(proot->rc, data);
        }

        // 相等，则不插入结点。

        return proot;
    }

    // size + 1
    void add_size()
    {
        if (hmax_size_32767 == size)
            return ;
        size++;
    }

    // size - 1
    void dec_size()
    {
        if ( hmin_size_0 == size)
        {
            return ;
        }

        size--;
    }

private:
    // 根结点
    node *root;

    // 当前树的结点个数
    int size;
};



// 测试代码
int main()
{

    bstree tree;

    //
    tree.insert_node(50);

    tree.insert_node(30);
    tree.insert_node(10);
    tree.insert_node(0);
    tree.insert_node(20);
    tree.insert_node(40);

    tree.insert_node(70);
    tree.insert_node(90);
    tree.insert_node(100);
    tree.insert_node(60);
    tree.insert_node(80);

    // 前序遍历
    cout << "前序遍历" << endl;
    tree.pre_order();
    cout << endl;

    // 中序遍历
    cout << "中序遍历" << endl;
    tree.in_order();
    cout << endl;

    // 后序遍历
    cout << "后序遍历" << endl;
    tree.post_order();
    cout << endl;

    cout << "删除结点开始，结束请输入10086" << endl;

    int del_key = 0;

    while (true)
    {
        cout << "输入删除结点值 = ";
        cin >> del_key;
        if (10086 == del_key)
            break;

        tree.remove_node(del_key);

        cout << "删除后,结点个数 = " << tree.get_size() << endl;
        cout << "删除后， 中序遍历结果:" ;// << endl;
        tree.in_order();
        cout << endl << endl;
    }

    tree.remove_all();

    return 0;
}

 

参考：《算法导论》

参考博文：https://www.cnblogs.com/fivestudy/p/10340647.html

 

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作者：mohist