C++实现二叉树

标签：数据结构   二叉树   

#include <iostream>
using namespace std;
#include <queue>
#include <stack>

template<class T>
struct BinaryTreeNode
{
	BinaryTreeNode<T>* _left;
	BinaryTreeNode<T>* _right;
	T _data;

	BinaryTreeNode(const T& x)
		:_left(NULL)
		,_right(NULL)
		,_data(x)
	{}
};

template<class T>
class BinaryTree
{
public:
	BinaryTree()
		:_root(NULL)
	{}

	BinaryTree(const T* a, size_t size, const T& invalid)
	{
		size_t index = 0;
		_root = _CreateTree(a, size, index, invalid);
	}

	~BinaryTree()
	{
		_Destroy(_root);
		_root = NULL;
	}

	BinaryTree(const BinaryTree<T>& t)
	{
		_root = _Copy(t._root);
	}

	//赋值运算符重载
	BinaryTree<T>& operator=(const BinaryTree& t)
	{
		if (this != &t)
		{
			_Destroy(_root);
			_root = _Copy(t._root);
		}

		return *this;
	}

	//递归前序遍历
	void PreOrderTraverse()
	{
		_PreOrderTraverse(_root);

		cout<<endl;
	}

	//递归中序遍历
	void InOrderTraverse()
	{
		_InOrderTraverse(_root);

		cout<<endl;
	}

	//递归后序遍历
	void PostOrderTraverse()
	{
		_PostOrderTraverse(_root);

		cout<<endl;
	}

	//层序遍历
	void LevelOrderTraverse()
	{
		queue<BinaryTreeNode<T>*> q;

		if (_root)
		{
			q.push(_root);
		}

		while (!q.empty())
		{
			BinaryTreeNode<T>* front = q.front();
			q.pop();
			cout<<front->_data<<" ";

			if (front->_left)
			{
				q.push(front->_left);
			}

			if (front->_right)
			{
				q.push(front->_right);
			}
		}

		cout<<endl;
	}

	//非递归前序遍历
	void PreOrderTraverse_NonR()
	{
		stack<BinaryTreeNode<T>*> s;

		if (_root)
		{
			s.push(_root);
		}

		while (!s.empty())
		{
			BinaryTreeNode<T>* top = s.top();
			s.pop();
			cout<<top->_data<<" ";

			if (top->_right)
			{
				s.push(top->_right);
			}

			if (top->_left)
			{
				s.push(top->_left);
			}
		}

		cout<<endl;
	}

	//非递归中序遍历
	void InOrderTraverse_NonR()
	{
		stack<BinaryTreeNode<T>*> s;
		BinaryTreeNode<T>* cur = _root;

		while (cur || !s.empty())
		{
			while (cur)
			{
				s.push(cur);
				cur = cur->_left;
			}

			if (!s.empty())
			{
				BinaryTreeNode<T>* top = s.top();
				cout<<top->_data<<" ";
				s.pop();

				cur = top->_right;
			}
		}

		cout<<endl;
	}

	//非递归后序遍历
	void PostOrderTraverse_NonR()
	{
		stack<BinaryTreeNode<T>*> s;
		BinaryTreeNode<T>* cur = _root;
		BinaryTreeNode<T>* preVisted = NULL;

		while (cur || !s.empty())
		{
			while (cur)
			{
				s.push(cur);
				cur = cur->_left;
			}

			BinaryTreeNode<T>* top = s.top();
			if (NULL == top->_right
				|| preVisted == top->_right)
			{
				cout<<top->_data<<" ";
				preVisted = top;
				s.pop();
			}
			else
			{
				cur = top->_right;
			}
		}

		cout<<endl;
	}

	//结点数
	size_t Size()
	{
		return _Size(_root);
	}

	//深度
	size_t Depth()
	{
		return _Depth(_root);
	}

	//叶子结点数
	size_t LeafSize()
	{
		size_t size = 0;
		_GetLeafSize(_root, size);
		return size;
	}
protected:
	//构造二叉树
	BinaryTreeNode<T>* _CreateTree(const T* a, size_t size, size_t& index, const T& invalid)
	{
		BinaryTreeNode<T>* root = NULL;

		if (a[index] != invalid && index < size)
		{
			root = new BinaryTreeNode<T>(a[index]);
			root->_left = _CreateTree(a, size, ++index, invalid);
			root->_right = _CreateTree(a, size, ++index, invalid);
		}

		return root;
	}

	//销毁
	void _Destroy(BinaryTreeNode<T>*& root)
	{
		if (NULL == root)
		{
			return;
		}

		if (NULL == root->_left && NULL == root->_right)
		{
			delete root;
			root = NULL;
			return;
		}

		_Destroy(root->_left);
		_Destroy(root->_right);
		delete root;
	}

	//拷贝
	BinaryTreeNode<T>* _Copy(BinaryTreeNode<T>* root)
	{
		if (NULL == root)
		{
			return NULL;
		}

		BinaryTreeNode<T>* newRoot = new BinaryTreeNode<T>(root->_data);
		newRoot->_left = _Copy(root->_left);
		newRoot->_right = _Copy(root->_right);

		return newRoot;
	}

	//递归前序遍历
	void _PreOrderTraverse(BinaryTreeNode<T>* root)
	{
		if (NULL == root)
		{
			return;
		}

		cout<<root->_data<<" ";
		_PreOrderTraverse(root->_left);
		_PreOrderTraverse(root->_right);
	}

	//递归中序遍历
	void _InOrderTraverse(BinaryTreeNode<T>* root)
	{
		if (NULL == root)
		{
			return;
		}

		_InOrderTraverse(root->_left);
		cout<<root->_data<<" ";
		_InOrderTraverse(root->_right);
	}

	//递归后序遍历
	void _PostOrderTraverse(BinaryTreeNode<T>* root)
	{
		if (NULL == root)
		{
			return;
		}

		_PostOrderTraverse(root->_left);
		_PostOrderTraverse(root->_right);
		cout<<root->_data<<" ";
	}

	//结点数
	size_t _Size(BinaryTreeNode<T>* root)
	{
		if (root == NULL)
		{
			return 0;
		}

		return _Size(root->_left) + _Size(root->_right) + 1;
	}

	//深度
	size_t _Depth(BinaryTreeNode<T>* root)
	{
		if (root == NULL)
		{
			return 0;
		}

		size_t leftDepth = _Depth(root->_left);
		size_t rightDepth = _Depth(root->_right);

		return leftDepth < rightDepth ? leftDepth+1 : rightDepth+1;
	}

	//叶子结点数
	void _GetLeafSize(BinaryTreeNode<T>* root, size_t& size)
	{
		if (NULL == root)
		{
			return;
		}

		if (NULL == root->_left && NULL == root->_right)
		{
			++size;
			return;
		}

		_GetLeafSize(root->_left, size);
		_GetLeafSize(root->_right, size);
	}
protected:
	BinaryTreeNode<T>* _root;
};

void Test()
{
	int a[] = {1, 2, 3, ‘#‘, ‘#‘, 4, ‘#‘, ‘#‘, 5, 6};
	BinaryTree<int> t(a, sizeof(a)/sizeof(a[0]), ‘#‘);

	cout<<"前序遍历：";
	t.PreOrderTraverse();
	cout<<"中序遍历：";
	t.InOrderTraverse();
	cout<<"后序遍历：";
	t.PostOrderTraverse();
	cout<<"层序遍历：";
	t.LevelOrderTraverse();
	cout<<"非递归前序遍历：";
	t.PreOrderTraverse_NonR();
	cout<<"非递归中序遍历：";
	t.InOrderTraverse_NonR();
	cout<<"非递归后序遍历：";
	t.PostOrderTraverse_NonR();
	cout<<"Size = "<<t.Size()<<endl;
	cout<<"Depth = "<<t.Depth()<<endl;
	cout<<"LeafSize = "<<t.LeafSize()<<endl;


	BinaryTree<int> t2(t);
	cout<<"t2：";
	t2.PreOrderTraverse();

	BinaryTree<int> t3;
	t3 = t2;
	cout<<"t3：";
	t3.PreOrderTraverse();
}

int main()
{
	Test();
	
	return 0;
}

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