C 关于二叉查找树的回顾,并简述结构接口设计
前言
最经想改写C用的配置读取接口, 准备采用hash或二叉树提到原先用的链表,提高查找效率.
就回顾一下二叉树,这里分享一下二叉查找树,代码很精简的, 适合学习运用二叉树查找.
需要基础
1.具备C基础知识
2.知道数据结构,最好知道一点二叉树结构
能够学到
1.稳固二叉查找树
2.C良好编码格式习惯
3.tree 数据结构几种流行套路(设计)
参照
1.二叉查找树简单分析 http://www.cppblog.com/cxiaojia/archive/2012/08/09/186752.html
(上面那个博文, 图形讲解的恨透,但是那种tree数据结构,不要参照)
正文
1 直接奔主题 说二叉查找树难点
1.1 简单说一下二叉查找树原理和突破
二叉树也是个经典的数据结构,但是工作中用的场景不多,但是我们常用过,例如map,自带排序的k-v结构.
二叉树相比双向链表在改变了插入和删除方式,使查找代价变小.因而适用领域在快速查找的领域.对于那种快速删除,
快速插入的领域并不适合.
我们今天主要回顾的是二叉查找(搜索)树. 首先看看数据结构如下
- /*
- * 这里简单的温故一下 , 二叉查找树
- *一切从简单的来吧
- */
- typedef int node_t;
- typedef struct tree {
- node_t v; //这里简单测试一下吧,从简单做起
- struct tree* lc;
- struct tree* rc;
- } *tree_t;
上面比较简陋,不是很通用,方便了解原理设计,最后会带大家设计一些通用的二叉树结构. 这里扯一点,
结构会影响算法,算法依赖特定的结构.蛋和鸡的问题,先有一个不好的蛋,孵化一个不好的鸡,后来鸡下了很多蛋,其中一个蛋很好,
孵化了一个很好的鸡,最后蛋鸡良好循环出现了.
对于二叉查找树,除了删除比较复杂一点,其它的还是很大众的代码,这里从如何找到一个结点的父节点出发.看下面代码
- /*
- * 查找这个结点的父结点
- * root : 头结点
- * v : 查找的结点
- * : 返回这个v值的父亲结点,找不见返回NULL,可以返回孩子结点
- */
- tree_t
- tree_parent(tree_t root, node_t v, tree_t* pn)
- {
- tree_t p = NULL;
- while (root) {
- if (root->v == v)
- break;
- p = root;
- if (root->v > v)
- root = root->lc;
- else
- root = root->rc;
- }
- if (pn) //返回它孩子结点
- *pn = root;
- return p;
- }
本质思路是,构建一个指针p保存上一个结点.这个函数相比其它函数 tree_parent 这里多返回当前的孩子结点.一个函数顺带做了两件事.
这是一个突破.推荐学习,同等代价做的事多了,价值也就提升了.
下面说一下 二叉查找树 删除原理(从上面参照文中截得,这个比较详细,但是代码写的水)
代码实现如下,有点精简,多看几遍,或者调试几遍理解更容易写.
- /*
- * 删除结点
- * proot : 指向头结点的结点
- * v : 待删除的值
- */
- void
- tree_delete(tree_t* proot, node_t v)
- {
- tree_t root, n, p, t;//n表示v结点,p表示父亲结点
- if ((!proot) || !(root = *proot))
- return;
- //这里就找见 v结点 n和它的父亲结点p
- p = tree_parent(root, v, &n);
- if (!n) //第零情况 没有找见这个结点直接返回
- return;
- //第一种情况,删除叶子结点,直接删除就可以此时t=NULL; 第二情况 只有一个叶子结点
- if (!n->lc || !n->rc) {
- if (!(t = n->lc)) //找见当前结点n的唯一孩子结点
- t = n->rc;
- if (!p)
- *proot = NULL;
- else {
- if (p->lc == n) //让当前结点的父亲收养这个它唯一的孩子
- p->lc = t;
- else
- p->rc = t;
- }
- //删除当前结点并返回,C要是支持 return void; 语法就好了
- free(n);
- return;
- }
- //第三种情况, 删除的结点有两个孩子
- //将当前结点 右子树中最小值替代为它,继承王位,它没有左儿子
- for (t = n->rc; t->lc; t = t->lc)
- ;
- n->v = t->v;//用nr替代n了,高效,并让n指向找到t的唯一右子树,
- tree_delete(&n->rc, t->v);//递归删除n右子树中最小值, 从t开始,很高效
- }
第一步找见这个结点和它父亲结点,没找见它直接返回,父亲结点为了重新配置继承关系.
对于 要删除 叶子结点或只有孩子的结点, 删除 走 if(!n->lc || !n->rc) 分支不同是t
当只为叶子结点 t = NULL, 当有一个孩子结点, t = 后继结点,将其二和一了,是一个突破.
最后 删除 有两个孩子的结点, 我们的做法,将 它 右子树中最小值找到,让其替代自己, 后面在右子树中删除 那个结点.
1.2 简单扩展一下 递归的潜规则
递归大多数流程如下
- //数据打印函数,全部输出,不会打印回车,中序递归
- void
- tree_print(tree_t root)
- {
- if (root) { //简单中序找到最左结点,打印
- tree_print(root->lc);
- printf("%d ", root->v);
- tree_print(root->rc);
- }
- }
这样的递归的方式 是
tree_print_0 => tree_print_1 => tree_print_2 => tree_print_3 => tree_print_2 => tree_print_1 => tree_print_0
先入函数栈后出函数栈,递归深度太长会爆栈.上面就是大多数递归的方式.
递归中有一种特殊的尾递归.不需要依赖递归返回结果.一般递归代码在函数最尾端.例如上 删除代码,结构如下
tree_delete_0 => tree_delete_0 => tree_delete_1 => tree_delete_1 => tree_delete_2 => tree_delete_2 => tree_delete_3 =>
这里代码就是入栈出栈,跳转到新的递归中.属于编译器关于递归的优化,不依赖递归返回的结果,最后一行,一般都优化为尾递归很安全.
入不同行开发,潜规则还是比较多的.扯一点, 一天晚上出租车回来和司机瞎扯淡, 他说有一天带一个导演,那个导演打电话给一个女孩父亲,
告诉他,他女儿今天晚上来他房间,痛斥一顿让她走了,后面就联系女孩父亲,女孩父亲神回复,导演你该潜你就潜. 估计当时那个导演心里就有
一万个草泥马奔过,怎么就有这么一对活宝父女.
人生活宝多才欢乐,快乐才会笑着带着'class'.
1.3 说一下接口和测试代码
一般良好安全的编程喜欢是,先写接口,再写总的测试代码,后面代码接口打桩挨个测试. 这里总的接口和测试代码如下
- /*
- * 在二叉查找树中插入结点
- * proot : 头结点的指针
- * v : 待插入变量值,会自动分配内存
- */
- void tree_insert(tree_t* proot, node_t v);
- //数据打印函数,全部输出,不会打印回车,中序递归
- void tree_print(tree_t root);
- /*
- * 在这个二叉查找树中查找 值为v的结点,找不见返回NULL
- * root : 头结点
- * v : 查找结点值
- * : 返回值为查找到的结点,找不见返回NULL
- */
- tree_t tree_search(tree_t root, node_t v);
- /*
- * 查找这个结点的父结点
- * root : 头结点
- * v : 查找的结点
- * : 返回这个v值的父亲结点,找不见返回NULL,可以返回孩子结点
- */
- tree_t tree_parent(tree_t root, node_t v, tree_t* pn);
- /*
- * 删除结点
- * proot : 指向头结点的结点
- * v : 待删除的值
- */
- void tree_delete(tree_t* proot, node_t v);
- /*
- * 删除这个二叉查找树,并把根结点置空
- * proot : 指向根结点的指针
- */
- void tree_destroy(tree_t* proot);
- //简单输出帮助宏
- #define TREE_PRINT(root) \
- puts("当前二叉查找树的中序数据如下:"), tree_print(root), putchar('\n')
- //简单的主函数逻辑
- int main(int argc, char* argv[])
- {
- tree_t root = NULL;
- //先创建一个二叉树 试试
- node_t a[] = { ,,,,,,,-,,,,,, };
- //中间临时变量
- tree_t tmp;
- node_t n;
- int i = -;
- //插入数据
- while (++i<sizeof(a) / sizeof(*a))
- tree_insert(&root, a[i]);
- //简单输出数据
- TREE_PRINT(root);
- //这里查找数据,删除数据打印数据
- n = ;
- tmp = tree_search(root, n);
- if (tmp == NULL)
- printf("root is no find %d!\n", n);
- else
- printf("root is find %d, is %p,%d!\n", n, tmp, tmp->v);
- //查找父亲结点
- n = ;
- tmp = tree_parent(root, n, NULL);
- if (tmp == NULL)
- printf("root is no find %d!\n", n);
- else
- printf("root is find parent %d, is %p,%d!\n", n, tmp, tmp->v);
- //删除测试
- n = ;
- tree_delete(&root, n);
- TREE_PRINT(root);
- n = ;
- tree_delete(&root, n);
- TREE_PRINT(root);
- //释放资源
- tree_destroy(&root);
- system("pause");
- return ;
- }
测试代码就是把声明的接口挨个测试一遍.对于代码打桩意思就是简单的实现接口,让其能编译通过.如下
- /*
- * 在这个二叉查找树中查找 值为v的结点,找不见返回NULL
- * root : 头结点
- * v : 查找结点值
- * : 返回值为查找到的结点,找不见返回NULL
- */
- tree_t
- tree_search(tree_t root, node_t v)
- {
- return NULL;
- }
就是打桩. 到这里基本都万事具备了.设计思路有了,原理也明白了,下面上一个完整案例看结果.
2.汇总代码, 看运行结果
首先看运行结果截图
查找,删除,打印都来了一遍, 具体的实现代码如下
- #include <stdio.h>
- #include <stdlib.h>
- #include <errno.h>
- #include <string.h>
- //控制台打印错误信息, fmt必须是双引号括起来的宏
- #ifndef CERR
- #define CERR(fmt, ...) \
- fprintf(stderr,"[%s:%s:%d][error %d:%s]" fmt "\r\n",\
- __FILE__, __func__, __LINE__, errno, strerror(errno), ##__VA_ARGS__)
- //检测并退出的宏
- #define CERR_EXIT(fmt, ...) \
- CERR(fmt, ##__VA_ARGS__), exit(EXIT_FAILURE)
- #endif/* !CERR */
- /*
- * 这里简单的温故一下 , 二叉查找树
- *一切从简单的来吧
- */
- typedef int node_t;
- typedef struct tree {
- node_t v; //这里简单测试一下吧,从简单做起
- struct tree* lc;
- struct tree* rc;
- } *tree_t;
- /*
- * 在二叉查找树中插入结点
- * proot : 头结点的指针
- * v : 待插入变量值,会自动分配内存
- */
- void tree_insert(tree_t* proot, node_t v);
- //数据打印函数,全部输出,不会打印回车,中序递归
- void tree_print(tree_t root);
- /*
- * 在这个二叉查找树中查找 值为v的结点,找不见返回NULL
- * root : 头结点
- * v : 查找结点值
- * : 返回值为查找到的结点,找不见返回NULL
- */
- tree_t tree_search(tree_t root, node_t v);
- /*
- * 查找这个结点的父结点
- * root : 头结点
- * v : 查找的结点
- * : 返回这个v值的父亲结点,找不见返回NULL,可以返回孩子结点
- */
- tree_t tree_parent(tree_t root, node_t v, tree_t* pn);
- /*
- * 删除结点
- * proot : 指向头结点的结点
- * v : 待删除的值
- */
- void tree_delete(tree_t* proot, node_t v);
- /*
- * 删除这个二叉查找树,并把根结点置空
- * proot : 指向根结点的指针
- */
- void tree_destroy(tree_t* proot);
- //简单输出帮助宏
- #define TREE_PRINT(root) \
- puts("当前二叉查找树的中序数据如下:"), tree_print(root), putchar('\n')
- //简单的主函数逻辑
- int main(int argc, char* argv[])
- {
- tree_t root = NULL;
- //先创建一个二叉树 试试
- node_t a[] = { ,,,,,,,-,,,,,, };
- //中间临时变量
- tree_t tmp;
- node_t n;
- int i = -;
- //插入数据
- while (++i<sizeof(a) / sizeof(*a))
- tree_insert(&root, a[i]);
- //简单输出数据
- TREE_PRINT(root);
- //这里查找数据,删除数据打印数据
- n = ;
- tmp = tree_search(root, n);
- if (tmp == NULL)
- printf("root is no find %d!\n", n);
- else
- printf("root is find %d, is %p,%d!\n", n, tmp, tmp->v);
- //查找父亲结点
- n = ;
- tmp = tree_parent(root, n, NULL);
- if (tmp == NULL)
- printf("root is no find %d!\n", n);
- else
- printf("root is find parent %d, is %p,%d!\n", n, tmp, tmp->v);
- //删除测试
- n = ;
- tree_delete(&root, n);
- TREE_PRINT(root);
- n = ;
- tree_delete(&root, n);
- TREE_PRINT(root);
- //释放资源
- tree_destroy(&root);
- system("pause");
- return ;
- }
- /*
- * 在二叉查找树中插入结点
- * proot : 头结点的指针
- * v : 待插入变量值,会自动分配内存
- */
- void
- tree_insert(tree_t* proot, node_t v)
- {
- tree_t n, p = NULL, t = *proot;
- while (t) {
- if (t->v == v) //不让它插入重复数据
- return;
- p = t; //记录上一个结点
- t = t->v > v ? t->lc : t->rc;
- }
- //这里创建结点,创建失败直接退出C++都是这种做法
- n = calloc(sizeof(struct tree), );
- if (NULL == n)
- CERR_EXIT("calloc struct tree error!");
- n->v = v;
- //这里插入了,开始第一个是头结点
- if (NULL == p) {
- *proot = n;
- return;
- }
- if (p->v > v)
- p->lc = n;
- else
- p->rc = n;
- }
- //数据打印函数,全部输出,不会打印回车,中序递归
- void
- tree_print(tree_t root)
- {
- if (root) { //简单中序找到最左结点,打印
- tree_print(root->lc);
- printf("%d ", root->v);
- tree_print(root->rc);
- }
- }
- /*
- * 在这个二叉查找树中查找 值为v的结点,找不见返回NULL
- * root : 头结点
- * v : 查找结点值
- * : 返回值为查找到的结点,找不见返回NULL
- */
- tree_t
- tree_search(tree_t root, node_t v)
- {
- while (root) {
- if (root->v == v)
- return root;
- if (root->v > v)
- root = root->lc;
- else
- root = root->rc;
- }
- return NULL;
- }
- /*
- * 查找这个结点的父结点
- * root : 头结点
- * v : 查找的结点
- * : 返回这个v值的父亲结点,找不见返回NULL,可以返回孩子结点
- */
- tree_t
- tree_parent(tree_t root, node_t v, tree_t* pn)
- {
- tree_t p = NULL;
- while (root) {
- if (root->v == v)
- break;
- p = root;
- if (root->v > v)
- root = root->lc;
- else
- root = root->rc;
- }
- if (pn) //返回它孩子结点
- *pn = root;
- return p;
- }
- /*
- * 删除结点
- * proot : 指向头结点的结点
- * v : 待删除的值
- */
- void
- tree_delete(tree_t* proot, node_t v)
- {
- tree_t root, n, p, t;//n表示v结点,p表示父亲结点
- if ((!proot) || !(root = *proot))
- return;
- //这里就找见 v结点 n和它的父亲结点p
- p = tree_parent(root, v, &n);
- if (!n) //第零情况 没有找见这个结点直接返回
- return;
- //第一种情况,删除叶子结点,直接删除就可以此时t=NULL; 第二情况 只有一个叶子结点
- if (!n->lc || !n->rc) {
- if (!(t = n->lc)) //找见当前结点n的唯一孩子结点
- t = n->rc;
- if (!p)
- *proot = t;
- else {
- if (p->lc == n) //让当前结点的父亲收养这个它唯一的孩子
- p->lc = t;
- else
- p->rc = t;
- }
- //删除当前结点并返回,C要是支持 return void; 语法就好了
- free(n);
- return;
- }
- //第三种情况, 删除的结点有两个孩子
- //将当前结点 右子树中最小值替代为它,继承王位,它没有左儿子
- for (t = n->rc; t->lc; t = t->lc)
- ;
- n->v = t->v;//用nr替代n了,高效,并让n指向找到t的唯一右子树,
- tree_delete(&n->rc, t->v);//递归删除n右子树中最小值, 从t开始,很高效
- }
- //采用后序删除
- static void __tree_destroy(tree_t root)
- {
- if (root) {
- __tree_destroy(root->lc);
- __tree_destroy(root->rc);
- free(root);
- }
- }
- /*
- * 删除这个二叉查找树,并把根结点置空
- * proot : 指向根结点的指针
- */
- void
- tree_destroy(tree_t* proot)
- {
- if (proot)
- __tree_destroy(*proot);
- *proot = NULL;
- }
大家自己联系一下,代码不多,容易学习顺带回顾一下数据结构中二叉树结构,关于其中 tree_destroy 编码方式,是个人的编程习惯.
在C中变量声明后没有默认初始化, 所以习惯有这样的代码
- struct sockaddr_in sddr;
- memset(&sddr, , sizeof sddr);
我觉得这样麻烦,我习惯的写法是
- struct sockaddr_in saddr = { AF_INET };
利用了一个C声明初始化潜规则,上面和下面代码转成汇编后也许都相似.后面写法,默认编译器帮我们把它后面没初始化部分置成0.
还有一个习惯,可以允许一个烂的开始,必须要有一个perfect结束,参照老C++版本的智能指针,也叫破坏指针. 做法就是
- char* p = malloc();
- free(p);
- p = NULL;
防止野指针.一种粗暴的做法,所以个人习惯在结束的时候多'浪费'一点时间回顾一下以前,再将其彻底抹除,等同于亚洲飞人直接删除所有回忆的做法.
编程的实现.最后再吐槽一下,为什么C++很烂,因为看了无数的书,还是不知道它要闹哪样.它就是一本易筋经,左练右练上练下练都可以,终于练成了
恭喜你,这张一张残废证收下.
再扯一点, 为什么C++中叫模板,上层语言中叫泛型? 哈哈,可以参照全特化和偏(范)特化.这里卖一个关子,但是本文中最后会有案例解决.
3.继往开来,了解一些数据结构设计的模式
上面基本都扯的差不多了,这里分享C中几种的数据结构设计模式.
第一种 一切解'对象'
- /*
- * C中如何封装一个 tree '结构'(结构决定算法)
- */
- /*
- * 第一种思路是 一切皆'对象'
- */
- struct otree {
- void* obj;
- struct otree* lc;
- struct otree* rc;
- };
- struct onode {
- int id;
- char* name;
- };
- // obj => &struct onde的思路,浪费了4字节,方便管理
大家看到那个 void*应该就明白了吧等同于上层语言中Object对象.
第二种 万物皆'泛型'
- /*
- * 第二种思路是 万物皆'泛型'
- */
- struct tree_node {
- struct tree_node *lc;
- struct tree_node *rc;
- };
- #define TREE_NODE \
- struct tree_node *__tn
- struct ttree {
- TREE_NODE; //必须在第一行,不在第一行需要计算偏移量 offset
- //后面就是结构了
- int id;
- char* name;
- };
下面这种相比上面这种节约4字节.缺点调试难.还有好多种例如模板流,特定写死流. 这里扩展一下另一个技巧
关于C中宏简化结构的代码
- /* IPv6 address */
- struct in6_addr
- {
- union
- {
- uint8_t __u6_addr8[];
- #if defined __USE_MISC || defined __USE_GNU
- uint16_t __u6_addr16[];
- uint32_t __u6_addr32[];
- #endif
- } __in6_u;
- #define s6_addr __in6_u.__u6_addr8
- #if defined __USE_MISC || defined __USE_GNU
- # define s6_addr16 __in6_u.__u6_addr16
- # define s6_addr32 __in6_u.__u6_addr32
- #endif
- };
是不是很新奇,但是这样的代码,上层包块库都不推荐用,这些都是内核层的定义.用的越多越容易出错.
到这里基本就快结束了,上面介绍的几种结构设计思路,大家需要自己揣摩. 特别有价值.搞明白.
再扯一点,很久以前对这样的结构不明白
- struct mem_storage{
- union {
- int again;
- void* str;
- } mem;
- .....
- };
上面again 是干什么的,后来才明白了,主要作用是设定内存对齐的字节数.方便移植.使其结构体内存结构是一样,也方便CPU读取.
思考了很多但是还不明白, 那就对了,说明你还有追求!
这里再扩展一下, 有时候
- /*
- 常遇见下面代码
- */
- void ss_free(void* arg)
- {
- if(....){
- .....
- free(arg);
- return;
- }
- ....
- }
真心 希望 C中提供 return void; 语法,
这样就可以写成
- return free(arg);
- //或者
- return (void)check(arg);
这样代码会更精简, 更好看. 这里也可以通过宏设计处理
- #define return_func(f, ...) \
- f(##__VA_ARGS__); \
- return
属于伪造吧,希望C委员会提供 return void; 语法!!
后记
错误是难免的,有问题提示马上改. 下次有机会将二叉树讲透,关于设计开发库中用的二叉树结构都来一遍,最后分享一下,实际运用的
库案例.拜~,
有时候在想如果不以经济建设为中心,是不是人会更有意思一点? 有一款小网游叫中国, 挖了无数坑,就希望大R去充值,diao丝去陪练.哈哈
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