一、简介和特点
头插法实现的树是一种使用链表存储子节点的多叉树结构。本文实现的树类通过链表头插法高效管理子节点关系,适合需要频繁插入子节点的场景。
主要特点:
二、与其他实现的优点
相比传统树实现,这种头插法链表式实现有以下优势:
- 插入高效:头插法保证子节点插入为O(1)时间
- 内存连续:预分配节点数组减少内存碎片
- 灵活扩展:链表结构支持动态增减子节点
- 泛型设计:模板类支持多种数据类型
- 索引访问:通过ID直接访问任意节点
三、实现步骤解析
- 1.链表节点定义:创建通用链表节点结构
- 2.树节点定义:
- 包含数据域和子节点链表头指针
- 实现头插法添加子节点
- 3.树类设计:
- 预分配节点数组
- 提供根节点设置方法
- 实现父子关系建立
- 支持节点数据赋值
- 4.遍历打印:递归深度优先遍历打印树结构
四、完整代码和注释
#include<iostream>
using namespACe std;
// 链表节点模板结构
template<typename T>
struct listnode
{
T data; // 节点数据
listnode* next; // 指向下一个节点的指针
listnode(T x) :data(x), next(nullptr){} // 构造函数初始化
};
// 树节点模板结构
template<typename T>
struct treenode
{
T data=0; // 节点存储的数据
// 子节点链表头指针,指向该节点的所有子节点
listnode<treenode<T>*>* childrenhead=nullptr;
// 添加子节点方法
void addchild(treenode<T>* newchild)
{
// 创建新的链表节点包装子节点
listnode<treenode<T>*>* childnode = new listnode<treenode<T>*>(newchild);
if (childrenhead == nullptr) // 如果没有子节点
{
childrenhead = childnode; // 直接设置为头节点
}
else
{
// 头插法:新节点指向原头节点,然后更新头节点
childnode->next = childrenhead;
childrenhead = childnode;
}
}
};
// 树模板类
template<typename T>
class tree
{
treenode<T>* root; // 根节点指针
treenode<T>* nodes; // 预分配的节点数组
public:
// 默认构造函数,预分配10000个节点
tree():root(new treenode<T>),nodes(new treenode<T>[10000]) {}
// 指定最大节点数的构造函数
tree(int maxnodes):root(nullptr),nodes(new treenode<T>[maxnodes]){}
// 析构函数
~tree()
{
nodes = nullptr;
root = nullptr;
delete[] nodes;
delete root;
}
// 通过ID获取树节点
treenode<T>* gettreenode(int id)
{
return &nodes[id];
}
// 设置根节点
void setroot(int rootid)
{
root = gettreenode(rootid);
}
// 添加子节点关系
void addchild(int parentid, int sonid)
{
treenode<T>* parent = gettreenode(parentid);
treenode<T>* son = gettreenode(sonid);
parent->addchild(son); // 调用头插法添加子节点
}
// 给节点赋值
void assigndata(int nodeid, int data)
{
treenode<T>* node = gettreenode(nodeid);
node->data = data;
}
// 递归打印树结构(深度优先)
void print(treenode<T>* node)
{
if (node == nullptr) // 默认从根节点开始
{
node = root;
}
cout << node->data<<" "; // 打印当前节点数据
// 遍历所有子节点递归打印
listnode<treenode<T>*>* tmp = node->childrenhead;
while (tmp)
{
print(tmp->data);
tmp = tmp->next;
}
}
};
五、总结
本文介绍了一种使用头插法链表实现的树数据结构,通过详细的代码注释和分步解析,展示了树的基本操作实现。这种实现方式在需要频繁插入子节点的场景下性能优越,预分配节点数组的设计也提高了内存访问效率。理解这种实现方式对于学习复杂树结构和算法有重要意义。