二叉树算法引发的思考：指针参数传递、引用的陷阱

最近想熟悉一下基本的数据结构和算法，于是写了一个二叉树程序，功能很简单，只有二叉树的建立和遍历。在这个过程中，却发现了一些平时没有注意到的细节问题，写出来作为总结和大家分享。

 

待讨论和遇到的细节问题如下：

（1）常见的定式思维：指针作为参数传递，是否就不需要再赋值，因为指针指向的值会同步更改，但是，你有考虑过，如果指针变量本身的值被更改了呢？怎么办？

（2）比较不常用的用法，针对指针变量的引用，你用过吗？

 

前提：

（1）笔者考虑到自己一直混淆使用C和C++，于是，打算这个简单的算法程序采用纯C来写，因此使用的是C编译器。

（2）关于C和C++的一些区别，笔者打算另外写一些系列文章来总结分析。

（3）另外，因为是练习写的程序，暂时还没有添加内存释放的方法。

程序的头部定义以及通用的方法：

#include <stdio.h>
#include <malloc.h>

#define TRUE 1
#define FALSE -1

typedef char ElemType; 
typedef int BOOL;

typedef struct _BinaryTreeNode
{
ElemType elem;
struct _BinaryTreeNode* left;
struct _BinaryTreeNode* right;
}BinareTreeNode, *BiTree;

void PrintNode(ElemType elem)
{
printf("%c ", elem);
}

void PreOrderTraverse(BinareTreeNode* pNode, void(* Visit)(ElemType elem))
{
if (NULL != pNode)
{
Visit(pNode->elem);
PreOrderTraverse(pNode->left, PrintNode);
PreOrderTraverse(pNode->right, PrintNode);
}
}

笔者最初写的程序如下：

void PreOrderCreateBinaryTree(BinareTreeNode* pNode)
{
ElemType elem;
scanf("%c", &elem);
if ('#' == elem)
{
pNode = NULL;
}
else
{
pNode = (BinareTreeNode*)malloc(sizeof(BinareTreeNode));
pNode->elem = elem;
PreOrderCreateBinaryTree(pNode->left);
PreOrderCreateBinaryTree(pNode->right);
}
}

int main()
{
BinareTreeNode* pHeadNode = NULL;
PreOrderCreateBinaryTree(pHeadNode);
PreOrderTraverse(pHeadNode, PrintNode);
return 0;
}

 

你能看出来问题在哪里吗？先思考，不要急着往后看。

 

具体问题现象：

原本以为这样写是没有问题的，实际上，main函数中的pHeadNode的值一直都是NULL，导致PreOrderTraverse时没有任何值输出。
输入：ABD##E##C## 遍历后输出：无，原因是传入的参数值pHeadNode为NULL。

 

具体问题分析：

为什么会这样呢？

本文讨论的第一个问题浮出水面：常见的定式思维：指针作为参数传递，是否就不需要再赋值？

分析：

虽然是指针传递，main函数中的pHeadNode，是一个指针变量，指针变量的值为空，不存在指向的值。

PreOrderCreateBinaryTree函数中的形参pNode却是另一个指针变量，刚开始的时候其值由main函数中传入，也是NULL，后来pNode经过malloc被重新赋值。

问题是，main函数中的pHeadNode有没有被同步改变呢？不是说指针传递，值会一起改变吗？

其实，这里犯了一个低级错误，就是说使用指针作为函数的参数，指针没有被重新赋值的情况下，指针指向的值一定是会被同步更改的，但是如果指针作为一个变量，本身的值发生更改，那么参数源是不会发生改变的。

举个例子：

（1）指针指向的值会被同步更改
void FuncChangeObj(int* pInt)
{
(*pInt)++;
}
(2)指针本身的变量值被更改，此后，此函数内的指针与源指针将指向不同的值，也不会发生同步更改
void FuncNoChangeObj(int* pInt)
{
pInt = (int*)malloc(sizeof(int));
*pInt = 10;
}

上例二叉树程序先序遍历不成功，就是因为先序创建二叉树的时候，并没有将二叉树的根节点返回，导致pHeadNode一直为NULL。

那么，是不是说，上述程序其实创建二叉树成功，只是没有返回树的根节点呢？不然，因为也是同样的原因，导致这个二叉树并没有创建成功，各个树节点之间并无关联，全是孤立的节点。

 

具体问题解决之道：

如何修改呢？
给出答案如下：
方法一：函数返回指针，对源指针进行赋值

BinareTreeNode* PreOrderCreateBinaryTree(BinareTreeNode* pNode)
{
ElemType elem;
scanf("%c", &elem);
if ('#' == elem)
{
pNode = NULL;
}
else
{
pNode = (BinareTreeNode*)malloc(sizeof(BinareTreeNode));
pNode->elem = elem;
pNode->left = PreOrderCreateBinaryTree(pNode->left);
pNode->right = PreOrderCreateBinaryTree(pNode->right);
}
return pNode;
}

int main()
{
BinareTreeNode* pHeadNode = NULL;
pHeadNode = PreOrderCreateBinaryTree(pHeadNode);
PreOrderTraverse(pHeadNode, PrintNode);
return 0;
}

 

方法二：使用指针的引用进行传值，即对指针变量本身进行引用，而不是指针变量值传递
注：本方法即是对第二个问题的阐释，但是要要注意，此方法在C语言编译器中是无法编译成功过的，因为C语言中并不存在引用的概念。

void PreOrderCreateBiTree2(BiTree& T)
{
ElemType elem;
scanf("%c", &elem);
if ('#' == elem)
{
T = NULL;
}
else
{
T = (BinareTreeNode *)malloc(sizeof(BinareTreeNode));
T->elem = elem;
PreOrderCreateBiTree2(T->left);
PreOrderCreateBiTree2(T->right);
}
}

int main()
{
BiTree T = NULL;
PreOrderCreateBiTree2(T);
PreOrderTraverse(T, PrintNode);
return 0;
}