C 语言二叉树几种遍历方法详解及实例

Z时代
2024-01-10
分类：综合

二叉树的一些概念

二叉树就是每个结点最多有两个子树的树形存储结构。先上图，方便后面分析。

上图就是典型的二叉树，其中左边的图还叫做满二叉树，右边是完全二叉树。然后我们可以得出结论，满二叉树一定是完全二叉树，但是反过来就不一定。满二叉树的定义是除了叶子结点，其它结点左右孩子都有,深度为k的满二叉树，结点数就是2的k次方减1。完全二叉树是每个结点都与深度为k的满二叉树中编号从1到n一一对应。

2 树的深度

树的最大层次就是深度，比如上图，深度是4。很容易得出，深度为k的树，拥有的最大结点数是2的k次方减1。

3 树的孩子，兄弟，双亲

上图中，B,C是A的孩子，B,C之间互为兄弟，A是B,C的双亲。

二如何创建二叉树

先说说二叉树的存储结构，跟很多其它模型一样，也有顺序和链式两种方式。前者虽然使用简单，但是存在浪费空间的问题，举个例子，下图的二叉树，用顺序的方式存储(0表示空，没有子树)是:

1 2 3 4 5 6 7 0 0 0 0 8 0 0 0

是不是相当浪费空间呢。

链式结构可以定义如下:


typedef struct _BiTNode 
{ 
  int data; 
  _BiTNode *leftChild; 
  _BiTNode *rightChild; 
}BiTNode, *pBiTree;

然后就可以写一个函数来创建二叉树，过程是在控制台输入a表示退出当前这一层,不再为该层创建左右孩子。输入其它字母表示继续创建。比如下面的输入序列：

创建了如下结构的二叉树,

每个结点里的数值是随机生成的小于100的数字。同时我也写了一个自动的命令序列函数，方便测试，不用手动输入，非自动和自动创建的函数如下:


//创建二叉树, 先序顺序 
int CreateBiTree(pBiTree *root) 
{ 
  char ch = 0; 
  fflush(stdin); 
  if ((ch = getchar()) == 'a')//控制树的结构 
  { 
    *root = NULL; 
  } 
  else 
  { 
    *root = (BiTNode *)malloc(sizeof(BiTNode)); 
    if (!(*root)) 
    { 
      return RET_ERROR; 
    } 
    (*root)->data = GetRandom(); 
    CreateBiTree(&(*root)->leftChild); 
    CreateBiTree(&(*root)->rightChild); 
  } 
  return RET_OK; 
} 
int g_i = 0; 
//创建二叉树,自动执行，方便测试 
int CreateBiTreeAuto(pBiTree *root) 
{ 
  char szOrder[] = "bbaabaa"; 
  char ch = 0; 
  if (szOrder[g_i++] == 'a')//控制树的结构 
  { 
    *root = NULL; 
  } 
  else 
  { 
    *root = (BiTNode *)malloc(sizeof(BiTNode)); 
    if (!(*root)) 
    { 
      return RET_ERROR; 
    } 
    (*root)->data = GetRandom(); 
    CreateBiTreeAuto(&(*root)->leftChild); 
    CreateBiTreeAuto(&(*root)->rightChild); 
  } 
  return RET_OK; 
}

三遍历顺序

先序遍历

先序遍历是先访问根结点，再左子树，再右子树，比如图1中的右图，先序遍历的输出如下:

A,B,D,H,I,E,J,K,C,F,G

根据上面的思想，很容易用递归的形式写出先序遍历的代码：


//先序遍历 
int PreOrderVisitTree(pBiTree T, VisitType pFuncVisit) 
{ 
  if (T) 
  { 
    (*pFuncVisit)(T->data); 
    if (PreOrderVisitTree(T->leftChild, pFuncVisit) == RET_OK) 
    { 
      if (PreOrderVisitTree(T->rightChild, pFuncVisit) == RET_OK) 
      { 
        return RET_OK; 
      } 
    } 
    return RET_ERROR; 
  } 
  else 
  { 
    return RET_OK; 
  } 
}

中序遍历和后序遍历

有了先序的经验，这两个就很好理解了，中序是先访问左子树, 再根结点，再右子树, 后序是先访问左子树, 再右子树，再根结点。代码更容易，只要改一下调用顺序就可以了。

不过我这里给出一种非递归的实现。递归固然是清晰明了，但是存在效率低的问题，非递归的方案用栈结构来存结点信息，通过出栈访问来遍历二叉树。它思想是这样的，当栈顶中的指针非空时，遍历左子树，也就是左子树根的指针进栈。当栈顶指针为空时，应退至上一层，如果是从左子树返回的，访问当前层，也就是栈顶中的根指针结点。如果是从右子树返回，说明当前层遍历完毕，继续退栈。代码如下:


//中序遍历, 非递归实现 
int InOrderVisitTree(pBiTree T, VisitType pFuncVisit) 
{ 
  ponyStack binaryTreeStack; 
  InitStack(&binaryTreeStack, 4); 
  Push(&binaryTreeStack, &T); 
  pBiTree pTempNode; 
  while (!IsEmptyStack(binaryTreeStack)) 
  { 
    while((GetTop(binaryTreeStack, &pTempNode) == RET_OK) && (pTempNode != NULL)) 
    { 
      Push(&binaryTreeStack, &(pTempNode->leftChild)); 
    } 
    Pop(&binaryTreeStack, &pTempNode); 
    if (!IsEmptyStack(binaryTreeStack)) 
    { 
      Pop(&binaryTreeStack, &pTempNode); 
      (*pFuncVisit)(pTempNode->data); 
      Push(&binaryTreeStack, &(pTempNode->rightChild)); 
    } 
  } 
  return RET_OK; 
}