数据结构12-二叉树的构建与遍历

代码

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

#define QUEUE_SIZE 5 // 定义队列大小

typedef struct BTNode{
    char element; // 节点存储的元素
    struct BTNode* left; // 左子节点指针
    struct BTNode* right; // 右子节点指针
} BTNode, *BTNodePtr;

typedef struct BTNodePtrQueue{
    BTNodePtr* nodePtrs; // 存储节点指针的数组
    int front; // 队列头索引
    int rear; // 队列尾索引
} BTNodePtrQueue, *QueuePtr;

// 初始化队列
QueuePtr initQueue(){
    QueuePtr resultQueuePtr = (QueuePtr)malloc(sizeof(struct BTNodePtrQueue));
    resultQueuePtr->nodePtrs = (BTNodePtr*)malloc(QUEUE_SIZE * sizeof(BTNodePtr));
    resultQueuePtr->front = 0;
    resultQueuePtr->rear = 1;
    return resultQueuePtr;
}

// 检查队列是否为空
bool isQueueEmpty(QueuePtr paraQueuePtr){
    if ((paraQueuePtr->front + 1) % QUEUE_SIZE == paraQueuePtr->rear) {
        return true;
    }
    return false;
}

// 入队操作
void enqueue(QueuePtr paraQueuePtr, BTNodePtr paraBTNodePtr){
    printf("front = %d, rear = %d.\r\n", paraQueuePtr->front, paraQueuePtr->rear);
    if ((paraQueuePtr->rear + 1) % QUEUE_SIZE == paraQueuePtr->front % QUEUE_SIZE) {
        printf("Error, trying to enqueue %c. queue full.\r\n", paraBTNodePtr->element);
        return;
    }
    paraQueuePtr->nodePtrs[paraQueuePtr->rear] = paraBTNodePtr;
    paraQueuePtr->rear = (paraQueuePtr->rear + 1) % QUEUE_SIZE;
    printf("enqueue %c ends.\r\n", paraBTNodePtr->element);
}

// 出队操作
BTNodePtr dequeue(QueuePtr paraQueuePtr){
    if (isQueueEmpty(paraQueuePtr)) {
        printf("Error, empty queue\r\n");
        return NULL;
    }
    paraQueuePtr->front = (paraQueuePtr->front + 1) % QUEUE_SIZE;
    printf("dequeue %c ends.\r\n", paraQueuePtr->nodePtrs[paraQueuePtr->front]->element);
    return paraQueuePtr->nodePtrs[paraQueuePtr->front];
}

// 构造一个新节点
BTNodePtr constructBTNode(char paraChar){
    BTNodePtr resultPtr = (BTNodePtr)malloc(sizeof(BTNode));
    resultPtr->element = paraChar;
    resultPtr->left = NULL;
    resultPtr->right = NULL;
    return resultPtr;
}

// 将字符串转换为二叉树
BTNodePtr stringToBTree(char* paraString){
    int i;
    char ch;
    QueuePtr tempQueuePtr = initQueue();
    BTNodePtr resultHeader;
    BTNodePtr tempParent, tempLeftChild, tempRightChild;
    i = 0;
    ch = paraString[i];
    resultHeader = constructBTNode(ch);
    enqueue(tempQueuePtr, resultHeader);

    while(!isQueueEmpty(tempQueuePtr)) {
        tempParent = dequeue(tempQueuePtr);
        i++;
        ch = paraString[i];
        if (ch == '#') {
            tempParent->left = NULL;
        } else {
            tempLeftChild = constructBTNode(ch);
            enqueue(tempQueuePtr, tempLeftChild);
            tempParent->left = tempLeftChild;
        }
        i++;
        ch = paraString[i];
        if (ch == '#') {
            tempParent->right = NULL;
        } else {
            tempRightChild = constructBTNode(ch);
            enqueue(tempQueuePtr, tempRightChild);
            tempParent->right = tempRightChild;
        }
    }
    return resultHeader;
}

// 按层次遍历二叉树
void levelwise(BTNodePtr paraTreePtr){
    char tempString[100];
    int i = 0;
    QueuePtr tempQueuePtr = initQueue();
    BTNodePtr tempNodePtr;
    enqueue(tempQueuePtr, paraTreePtr);
    while(!isQueueEmpty(tempQueuePtr)) {
        tempNodePtr = dequeue(tempQueuePtr);
        tempString[i] = tempNodePtr->element;
        i++;
        if (tempNodePtr->left != NULL){
            enqueue(tempQueuePtr, tempNodePtr->left);
        }
        if (tempNodePtr->right != NULL){
            enqueue(tempQueuePtr, tempNodePtr->right);
        }
    }
    tempString[i] = '\0';
    printf("Levelwise: %s\r\n", tempString);
}

// 先序遍历二叉树
void preorder(BTNodePtr tempPtr){
    if (tempPtr == NULL){
        return;
    }
    printf("%c", tempPtr->element);
    preorder(tempPtr->left);
    preorder(tempPtr->right);
}

// 中序遍历二叉树
void inorder(BTNodePtr tempPtr){
    if (tempPtr == NULL) {
        return;
    }
    inorder(tempPtr->left);
    printf("%c", tempPtr->element);
    inorder(tempPtr->right);
}

// 后序遍历二叉树
void postorder(BTNodePtr tempPtr){
    if (tempPtr == NULL) {
        return;
    }
    postorder(tempPtr->left);
    postorder(tempPtr->right);
    printf("%c", tempPtr->element);
}

int main(){
    BTNodePtr tempHeader;
    tempHeader = constructBTNode('c');
    printf("There is only one node. Preorder visit: ");
    preorder(tempHeader);
    printf("\r\n");

    char* tempString = "acde#bf######";

    tempHeader = stringToBTree(tempString);
    printf("Preorder: ");
    preorder(tempHeader);
    printf("\r\n");
    printf("Inorder: ");
    inorder(tempHeader);
    printf("\r\n");
    printf("Postorder: ");
    postorder(tempHeader);
    printf("\r\n");
    printf("Levelwise: ");
    levelwise(tempHeader);
    printf("\r\n");

    return 1;
}

代码总结

这段代码实现了一个简单的二叉树及其遍历操作，主要包括以下功能：

二叉树节点和队列的定义：
- BTNode 结构体用于定义二叉树节点，每个节点包含一个字符元素以及左右子节点指针。
- BTNodePtrQueue 结构体用于定义存储二叉树节点指针的队列，以实现层次遍历。
队列操作：
- initQueue 函数用于初始化一个新的队列。
- isQueueEmpty 函数检查队列是否为空。
- enqueue 函数将一个二叉树节点指针入队。
- dequeue 函数将一个二叉树节点指针出队。
二叉树节点的构造和字符串转二叉树：
- constructBTNode 函数用于创建一个新的二叉树节点。
- stringToBTree 函数将一个字符串转换为二叉树。字符串中的每个字符代表一个节点，# 表示空节点。
二叉树的遍历：
- levelwise 函数实现按层次遍历二叉树，使用队列来记录当前层的节点并按层次输出。
- preorder 函数实现先序遍历。
- inorder 函数实现中序遍历。
- postorder 函数实现后序遍历。
主函数：
- main 函数中先创建一个单节点树，并输出其先序遍历结果。
- 然后将字符串 "acde#bf######" 转换为二叉树，并输出该二叉树的先序、中序、后序和层次遍历结果。

运行结果

There is only one node. Preorder visit: c
front = 0, rear = 1.
enqueue a ends.
dequeue a ends.
front = 1, rear = 2.
enqueue c ends.
front = 1, rear = 3.
enqueue d ends.
dequeue c ends.
front = 2, rear = 4.
enqueue e ends.
dequeue d ends.
front = 3, rear = 0.
enqueue b ends.
front = 3, rear = 1.
enqueue f ends.
dequeue e ends.
dequeue b ends.
dequeue f ends.
Preorder: acedbf
Inorder: ecabdf
Postorder: ecbfda
Levelwise: front = 0, rear = 1.
enqueue a ends.
dequeue a ends.
front = 1, rear = 2.
enqueue c ends.
front = 1, rear = 3.
enqueue d ends.
dequeue c ends.
front = 2, rear = 4.
enqueue e ends.
dequeue d ends.
front = 3, rear = 0.
enqueue b ends.
front = 3, rear = 1.
enqueue f ends.
dequeue e ends.
dequeue b ends.
dequeue f ends.
Levelwise: acdebf
 
 
 
...Program finished with exit code 1
Press ENTER to exit console.

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