【數據結構】55_樹中節點的清除操做

時間  2020-02-04
標籤 數據結構 節點 清除 欄目 數據結構 简体版
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清除操做的定義

  • void clear()node

    • 將樹中全部的節點清除（釋放堆中的節點）

樹中數據元素的清除

image.png

清除操做功能的定義

  • free(node)編程

    • 清除 node 爲根節點的樹
    • 釋放樹中的每個節點

image.png

編程實驗：清除樹中的節點

文件：GTree.hide

#ifndef GTREE_H
#define GTREE_H

#include "Tree.h"
#include "GTreeNode.h"
#include "Exception.h"

namespace DTLib
{

template <typename T>
class GTree : public Tree<T>
{
public:
    bool insert(TreeNode<T> *node) override
    {
        bool ret = true;

        if (node != nullptr)
        {
            if (this->m_root == nullptr)
            {
                node->parent = nullptr;
                this->m_root = node;
            }
            else
            {
                GTreeNode<T> *np = find(node->parent);

                if (np != nullptr)
                {
                    GTreeNode<T> *n = dynamic_cast<GTreeNode<T>*>(node);

                    if (np->child.find(n) < 0)
                    {
                        np->child.insert(n);
                    }
                }
                else
                {
                    THROW_EXCEPTION(InvalidOpertionExcetion, "Invalid partent tree node ...");
                }
            }
        }
        else
        {
            THROW_EXCEPTION(InvalidParameterExcetion, "Parameter node cannot be NULL ...");
        }

        return ret;
    }

    bool insert(const T &value, TreeNode<T> *parent) override
    {
        bool ret = true;

        GTreeNode<T> *node = new GTreeNode<T>();

        if (node != nullptr)
        {
            node->value = value;
            node->parent = parent;

            insert(node);
        }
        else
        {
            THROW_EXCEPTION(NoEnoughMemoryException, "No enough memory to create node ...");
        }

        return ret;
    }

    SharedPointer<Tree<T>> remove(const T &value) override
    {
        return nullptr;
    }

    SharedPointer<Tree<T>> remove(TreeNode<T> *node) override
    {
        return nullptr;
    }

    GTreeNode<T>* find(const T &value) const override
    {
        return find(root(), value);
    }

    GTreeNode<T>* find(TreeNode<T> *node) const override
    {
       return find(root(), dynamic_cast<GTreeNode<T>*>(node));
    }

    GTreeNode<T>* root() const override
    {
        return dynamic_cast<GTreeNode<T>*>(this->m_root);
    }

    int degree() const override
    {
        return 0;
    }

    int count() const override
    {
        return 0;
    }

    int height() const override
    {
        return 0;
    }

    void clear() override
    {
        free(root());

        this->m_root = nullptr;
    }

    ~GTree()
    {
        clear();
    }

protected:
    GTreeNode<T> *find(GTreeNode<T>* node, const T &value) const
    {
        GTreeNode<T> *ret = nullptr;

        if (node != nullptr)
        {
            if (node->value == value)
            {
                return node;
            }
            else
            {
                for (node->child.move(0); !node->child.end() && (ret == nullptr); node->child.next())
                {
                    ret = find(node->child.current(), value);
                }
            }
        }

        return ret;
    }

    GTreeNode<T> *find(GTreeNode<T>* node, GTreeNode<T> *obj) const
    {
        GTreeNode<T> *ret = nullptr;

        if (node == obj)
        {
            return node;
        }
        else
        {
            if (node != nullptr)
            {
                for (node->child.move(0); !node->child.end() && (ret == nullptr); node->child.next())
                {
                    ret = find(node->child.current(), obj);
                }
            }
        }

        return ret;
    }

    void free(GTreeNode<T> *node)
    {
        if (node != nullptr)
        {
            for (node->child.move(0); !node->child.end(); node->child.next())
            {
                free(node->child.current());
            }

            delete node;
        }
    }
};

}

#endif // GTREE_H

問題

樹中的節點可能來源於不一樣的存儲空間，如何判斷堆空間中的節點並釋放？ 
void func()
{
    GTree<char> t; 
    
    GTreeNode<char> root;        
    root.value = 'A';
    root.parent = nullptr;
    
    t.insert(&root);            // 棧空間節點
    
    t.insert('B', t.find('A')); // 堆空間節點

    t.clear();                  // 注意：非堆空間中節點不該被釋放！！
}

問題分析

  • 單憑內存地址很難準確判斷具體的存儲區域
  • 只有堆空間的內存須要主動釋放 (delete)
  • 清除操做時只須要對堆中的節點進行釋放

解決方案：工廠模式

  • 在 GTreeNode 中增長保護成員變量 m_flag
  • 將 GTreeNode 中的 operator new 重載爲保護成員(禁止類外部 new 節點)
  • 提供工廠方法 GTreeNode<T> *NewNode()
  • 在工廠方法中 new 新節點並將 m_flag 設置爲 true

樹節點的工廠模式示例

image.png

GtreeNode<int> *hn = GTreeNode<int>::NewNode();
GTreeNode<int> sn;

if (hn->flag())  // true
{
    delete hn;
}

hn = &sn;

if (hn->flag())  // false
{
    delete hn;
}

編程實驗

文件：GTreeNode.hthis

#ifndef GTREENODE_H
#define GTREENODE_H

#include "TreeNode.h"
#include "LinkList.h"

namespace DTLib
{

template <typename T>
class GTreeNode : public TreeNode<T>
{
public:
    LinkList<GTreeNode<T>*> child;

    bool flag()
    {
        return m_flag;
    }

    static GTreeNode<T>* NewNode()
    {
        GTreeNode<T> *ret = new GTreeNode<T>();

        if (ret != nullptr)
        {
            ret->m_flag = true;
        }

        return ret;
    }

protected:
    bool m_flag = false;

    void *operator new (unsigned int size) noexcept(true)
    {
        return Object::operator new(size);
    }
};

}

#endif // GTREENODE_H

文件：GTree.hspa

#ifndef GTREE_H
#define GTREE_H

#include "Tree.h"
#include "GTreeNode.h"
#include "Exception.h"

namespace DTLib
{

template <typename T>
class GTree : public Tree<T>
{
public:
    bool insert(TreeNode<T> *node) override
    {
        bool ret = true;

        if (node != nullptr)
        {
            if (this->m_root == nullptr)
            {
                node->parent = nullptr;
                this->m_root = node;
            }
            else
            {
                GTreeNode<T> *np = find(node->parent);

                if (np != nullptr)
                {
                    GTreeNode<T> *n = dynamic_cast<GTreeNode<T>*>(node);

                    if (np->child.find(n) < 0)
                    {
                        np->child.insert(n);
                    }
                }
                else
                {
                    THROW_EXCEPTION(InvalidOpertionExcetion, "Invalid partent tree node ...");
                }
            }
        }
        else
        {
            THROW_EXCEPTION(InvalidParameterExcetion, "Parameter node cannot be NULL ...");
        }

        return ret;
    }

    bool insert(const T &value, TreeNode<T> *parent) override
    {
        bool ret = true;

        GTreeNode<T> *node = GTreeNode<T>::NewNode();

        if (node != nullptr)
        {
            node->value = value;
            node->parent = parent;

            insert(node);
        }
        else
        {
            THROW_EXCEPTION(NoEnoughMemoryException, "No enough memory to create node ...");
        }

        return ret;
    }

    SharedPointer<Tree<T>> remove(const T &value) override
    {
        return nullptr;
    }

    SharedPointer<Tree<T>> remove(TreeNode<T> *node) override
    {
        return nullptr;
    }

    GTreeNode<T>* find(const T &value) const override
    {
        return find(root(), value);
    }

    GTreeNode<T>* find(TreeNode<T> *node) const override
    {
       return find(root(), dynamic_cast<GTreeNode<T>*>(node));
    }

    GTreeNode<T>* root() const override
    {
        return dynamic_cast<GTreeNode<T>*>(this->m_root);
    }

    int degree() const override
    {
        return 0;
    }

    int count() const override
    {
        return 0;
    }

    int height() const override
    {
        return 0;
    }

    void clear() override
    {
        free(root());

        this->m_root = nullptr;
    }

    ~GTree()
    {
        clear();
    }

protected:
    GTreeNode<T> *find(GTreeNode<T>* node, const T &value) const
    {
        GTreeNode<T> *ret = nullptr;

        if (node != nullptr)
        {
            if (node->value == value)
            {
                return node;
            }
            else
            {
                for (node->child.move(0); !node->child.end() && (ret == nullptr); node->child.next())
                {
                    ret = find(node->child.current(), value);
                }
            }
        }

        return ret;
    }

    GTreeNode<T> *find(GTreeNode<T>* node, GTreeNode<T> *obj) const
    {
        GTreeNode<T> *ret = nullptr;

        if (node == obj)
        {
            return node;
        }
        else
        {
            if (node != nullptr)
            {
                for (node->child.move(0); !node->child.end() && (ret == nullptr); node->child.next())
                {
                    ret = find(node->child.current(), obj);
                }
            }
        }

        return ret;
    }

    void free(GTreeNode<T> *node)
    {
        if (node != nullptr)
        {
            for (node->child.move(0); !node->child.end(); node->child.next())
            {
                free(node->child.current());
            }

            if (node->flag())
            {
                delete node;
            }
        }
    }
};

}

#endif // GTREE_H

小結

  • 清除操做用於銷燬樹中的每一個節點
  • 銷燬節點時須要決定是否釋放對應的內存空間
  • 工廠模式可用於 "定製" 堆空間中的節點
  • 只有銷燬定製節點的時候須要進行釋放

To be continued

思考： 如何實現 GTree (通用樹結構) 的節點刪除操做? 
SharedPointer<Tree<T>> remove(const T &value) override
{
    GTreeNode<T> *ret = NULL;
    
    // ...
    
    return ret;
}

SharedPointer<Tree<T>> remove(TreeNode<T> *node) override
{
    GTreeNode<T> *ret = NULL;
    
    // ...
    
    return ret;
}

以上內容整理於狄泰軟件學院系列課程，請你們保護原創！3d

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