在 C++ 中使用队列构造二叉树

Posted 2023-02-22

【中文标题】在 C++ 中使用队列构造二叉树

【英文标题】：Constructing a binary tree using queue in C++

【发布时间】：2014-12-03 20:52:44

【问题描述】：

我正在尝试用 C++ 编写一些数据结构硬件。当我尝试使用队列构造二叉树时，不知何故被指针问题弄糊涂了。

class Tree
private:
    struct TreeNode
    int val;
    TreeNode* left;
    TreeNode* right;

    TreeNode(int x) :val(x), left(NULL), right(NULL) 
;
public:
    TreeNode* root = NULL;       
    Tree();
    Tree(queue<int>& val);       
    ~Tree();
    string toString_bf();
;


Tree(queue<int> &vals)
    if (vals.empty())
        return;

    root = new TreeNode(vals.front());
    vals.pop();
    queue<TreeNode**> pts;       // what is the meaning of this? Why should use pointers to pointer?

    pts.push(&(root->left));     // also have doubts here, about the reference used in the parameter
    pts.push(&(root->right));
    while (!vals.empty())
        TreeNode* t = new TreeNode(vals.front());
        *(pts.front()) = t;      // and here
        pts.pop();
        vals.pop();
        pts.push(&(t->left));
        pts.push(&(t->right));
    

按照我的理解，left和right都是指针，为什么不能直接传值呢？

【参考方案1】：

变量pts 是一个指针队列，指向稍后需要放置子树的位置。这些位置本身就是指向TreeNode 的指针（每个都是left 或right 数据成员，类型为TreeNode *），因此您需要TreeNode ** 来指向它们是有道理的。

换句话说，每次执行*(pts.front()) = t; 时，先前构造的TreeNode 的left 或right 成员都会被设置为指向最近构造的节点。

您可以创建一个typedef TreeNode *TreePtr;，使用它可能看起来更干净。

---

进一步澄清发生了什么：

每次“while”循环开始时：

root 是正在构建的树的根，包含 n+1 个节点，每个节点保存一个取自输入队列 @9​​87654333@ 的值（其中 n 是 while 循环的次数已经运行）

vals 包含尚未放入树中的所有剩余值（如果有）

pts 包含一组指向树中节点内指针的指针；它包含指向所有尚未分配子树的指针的指针；其中有 n+2 个。

所以每个循环都会创建一个新节点，使这些未分配的指针之一指向新节点，然后将新节点的未分配指针添加到队列中。

注意，当操作结束时，pts中总是有n+2个指针，被丢弃。通过知道需要多少节点 (= vals.size())，一旦完成足够多的操作，就可以停止执行 pts.push 操作，这将所需的临时空间量减少了约 50%：

      vals.pop();
      if( pts.size() < vals.size()) 
           pts.push(&(t->left));
           pts.push(&(t->right))
        // otherwise we have enough for all remaining vals.

【讨论】：

我只是对此感到困惑：我可以使用 queue 代替 queue 吗？相应地，下面的代码中不要使用引用？ @greggo

如果你想把t->left的值放到一个队列中，那么它看起来像这样。但是代码的工作方式，t->left 和t->right 在它被放入队列时总是有一个 NULL 值，所以这显然没有用。队列的重点是记住需要稍后设置的指针变量的位置。

或者，您可以创建一个结构，其中包含 (a) TreeNode*（已构建的节点）和 (b) 指示它是该节点中需要设置的左指针还是右指针;并把它们排成一个队列。但是，当您将它们放入队列时，您会将 't' 设置为 (a) 部分，然后包含 pts.front() 的代码行将变为 if 语句，并完成两个可能的分配。本质上，您正在创建一个特殊的指针，用于选择现有节点和该节点内的位置。不过，我仍然不确定为什么您对现在的代码方式不满意。

哦，我明白了。在这种情况下，我试图复制一个空 ptr。这就是我需要使用它的参考的原因。感谢您的友好解释。这很有帮助。@greggo