[C++ ]二叉搜索树(BSTree)的模拟实现

本文详细介绍了二叉搜索树的数据结构实现,包括插入、查找和删除节点的算法,并通过具体的测试代码演示了这些操作的过程。文章还提供了完整的代码示例,帮助读者理解和掌握二叉搜索树的基本操作。

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#pragma once

template<class K, class V>
struct BSTreeNode{
	pair<K, V> _kv;
	BSTreeNode<K, V>* _left;
	BSTreeNode<K, V>* _right;

	BSTreeNode(const pair<K, V>& kv)
		:_left(nullptr)
		, _right(nullptr)
		, _kv(kv)
	{}
};

template<class K, class V>
class BSTree{
	typedef BSTreeNode<K, V> Node;
public:
	BSTree()
		:_root(nullptr)
	{}

	bool Insert(const pair<K, V>& kv){
		if (_root == nullptr){
			_root = new Node(kv);
			return true;
		}

		Node* parent = nullptr;
		Node* cur = _root;
		while (cur){
			if (cur->_kv.first > kv.first){
				parent = cur;
				cur = cur->_left;
			}
			else if (cur->_kv.first < kv.first){
				parent = cur;
				cur = cur->_right;
			}
			else{
				return false;
			}
		}

		cur = new Node(kv);
		if (parent->_kv.first < kv.first){
			parent->_right = cur;
		}
		else{
			parent->_left = cur;
		}
		return true;
	}

	Node* Find(const K& key){
		Node* cur = _root;
		while (cur){
			if (cur->_kv.first < key){
				cur = cur->_right;
			}
			else if (cur->_kv.first > key){
				cur = cur->_left;
			}
			else{
				return cur;
			}
		}
		return nullptr;
	}

	bool Remove(const K& key){
		Node* parent = nullptr;
		Node* cur = _root;
		while (cur){
			if (cur->_kv.first < key){
				parent = cur;
				cur = cur->_right;
			}
			else if (cur->_kv.first > key){
				parent = cur;
				cur = cur->_left;
			}
			else{
				// 1.只有0-1个孩纸
				// 2.有两个孩纸
				Node* del = cur;
				if (cur->_left == nullptr){
					if (parent == nullptr){
						_root = cur->_right;
					}
					else{
						if (cur == parent->_left){
							parent->_left = cur->_right;
						}
						else{
							parent->_right = cur->_right;
						}
					}					
				}
				else if (cur->_right == nullptr){
					if (parent == nullptr){
						_root = cur->_left;
					}
					else{
						if (cur == parent->_left){
							parent->_left = cur->_left;
						}
						else{
							parent->_right = cur->_left;
						}
					}	
				}
				else{
					Node* rpParent = cur;
					Node* replace = cur->_right;
					while (replace->_left){
						rpParent = replace;
						replace = replace->_left;
					}

					cur->_kv = replace->_kv;
					del = replace;
					if (rpParent->_left == replace){
						rpParent->_left = replace->_right;
					}
					else{
						rpParent->_right = replace->_right;
					}
				}
				delete del;
				return true;
			}
		}
		return false;
	}

	void InOrder(){
		_InOrder(_root);
		cout << endl;
	}

	void _InOrder(Node* root){
		if (root == nullptr)
			return;

		_InOrder(root->_left);
		cout << root->_kv.first << " ";
		_InOrder(root->_right);
	}

private:
	Node* _root;
};

测试代码

void TestBSTree1(){
	BSTree<int, int> tree;
	tree.Insert(make_pair(1, 1));
	tree.Insert(make_pair(3, 1));
	tree.Insert(make_pair(4, 1));
	tree.Insert(make_pair(6, 1));
	tree.Insert(make_pair(1, 1));
	tree.Insert(make_pair(2, 1));
	tree.InOrder();

	tree.Remove(1);
	tree.Remove(3);
	tree.Remove(2);
	tree.Remove(6);
	tree.Remove(4);
	tree.Remove(1);
	tree.Remove(10);
	tree.InOrder();
}

输出结果
在这里插入图片描述

### 关于二叉树的数据结构及其应用 二叉树是一种重要的非线性数据结构,它由节点和边组成,其中每个节点最多有两个子节点,分别称为左子节点和右子节点[^1]。这种结构常被用来表示具有层级关系的数据集合。 #### 二叉搜索树的概念 二叉搜索树(Binary Search Tree, BST)是一类特殊的二叉树,在该树中,任意节点的左子树上的所有节点的关键字均小于该节点关键字,而右子树上所有节点的关键字则大于该节点关键字[^2]。以下是基于C++实现的一个简单二叉搜索树框架: ```cpp template<class K> struct BSTreeNode { BSTreeNode<K>* _left; BSTreeNode<K>* _right; K _key; BSTreeNode(const K& key) :_left(nullptr), _right(nullptr), _key(key) {} }; template<class K> class BSTree { public: typedef BSTreeNode<K> Node; private: Node* _root = nullptr; }; ``` 此代码定义了一个模板化的二叉搜索树节点以及整个BSTree类的基础骨架[^3]。 #### 后序遍历的非递归实现 对于二叉树的后序遍历,可以通过栈来模拟递归过程。具体方法是先按照根->右->左的方式进行前序遍历,最后再反转结果列表即得后序序列[^4]。下面是一个具体的例子展示如何通过迭代方式完成这一操作: ```cpp vector<int> postorderTraversal(TreeNode* root) { vector<int> res; stack<TreeNode*> st; if (root == NULL) return res; st.push(root); while (!st.empty()) { TreeNode *node = st.top(); st.pop(); if (node != NULL){ res.push_back(node->val); // Push the children onto the stack in reverse order of their access. if (node->left) st.push(node->left); if (node->right) st.push(node->right); } } // Reverse result to get correct post-order traversal sequence. std::reverse(res.begin(),res.end()); return res; } ``` 上述代码实现了利用栈来进行二叉树后序遍历的功能。 ### 结论 通过对以上内容的学习可以看出,无论是理论还是实践层面,掌握好二叉树的相关知识都是非常必要的。这不仅有助于理解更复杂的数据结构如红黑树、AVL树等,而且还能提高解决实际算法问题的能力。
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