C++，为二叉树实现自定义迭代器(长)

Question

请保持友善 - 这是我的第一个问题。 =P

基本上作为一个暑期项目，我一直在研究 wikipedia page 上的数据结构列表。并尝试实现它们。上学期我参加了 C++ 类(class)，发现它非常有趣，作为我实现二项式堆的期末项目——这也非常有趣。也许我很 Nerd ，但我喜欢数据结构。

无论如何，足够的背景故事。该项目进展顺利，我从二叉树开始。为了走得更远，我需要创建迭代器来遍历树。我已经决定为每个遍历方法创建两种类型的迭代器(常规迭代器和 const 迭代器)，我只是不知道该怎么做。我听说过从 STL 的迭代器继承，甚至使用 boosts iterator_facade(这似乎是一个不错的选择)

我什至还没有尝试编写迭代器代码，因为我不知道从哪里开始，但我确实将我当前的代码放在了 github 上。你可以看看here .

如果您反对 github，我将粘贴相关的类定义。这些功能的实现实际上没有任何帮助，但如果您出于某种原因需要它们，请告诉我。此外，节点类有一个用于迭代目的的父指针。

#ifndef __TREES_HXX
#define __TREES_HXX
#include <cstdlib>  // For NULL
#include <algorithm> // for std::max

// Node class definition. These nodes are to be used for any
// tree where the structure is
//    node
//     /\
// left  right
//  /\    /\
//
// etc., basically two children.
template <typename T>
class Node
{
  public:
    T data_;
    Node<T>* left_;
    Node<T>* right_;
    Node<T>* parent_; // Needed for iterators

    explicit Node(T const&);
    Node(Node<T> const&);
};

template <typename T>
class BinaryTree
{
  protected:
    typedef Node<T>* node_t;
    size_t tree_size;

  public:
    typedef T value_type;

    explicit BinaryTree();
    explicit BinaryTree(T const&);
    ~BinaryTree();

    virtual node_t insert(node_t&, T) = 0;
    virtual T& lookup(node_t const&, T const&) const = 0;
    inline virtual size_t size() const;
    inline virtual size_t depth(node_t const&) const;
    inline bool empty() const;
    inline void clear(node_t);

    node_t root;
};

这是我们抽象类的基本二叉树扩展，基本上它(将是)一个 BST。有关我为什么需要迭代器的示例，请查看查找函数的定义。它应该将迭代器返回到找到内容的节点。

/* Implementation of our Binary Tree is in
 * this file. The node class is in Trees.hxx
 * because it's intended to be a general class.
 */

 #ifndef __BINARY_TREE_HXX
 #define __BINARY_TREE_HXX

 #include "Trees.hxx"


 template <typename T>
 class BiTree : public BinaryTree<T>
 {
   private:
     typedef typename BinaryTree<T>::node_t node_t;

   public:
     typedef typename BinaryTree<T>::value_type value_type;

     BiTree() : BinaryTree<T>()
     {
     }

     BiTree(T const& data) : BinaryTree<T>(data)
     {
     }

     node_t insert(node_t&, T);
     T& lookup(node_t const&, T const&) const; // Note: This should return an iterator to the node where the stuff is found
 };

我想就是这样了 - 感谢您的宝贵时间!如果您需要更多信息，请告诉我。

Answer 1

1。胖迭代器与精益迭代器

有两种可能的方式来实现树的遍历。您可以:

• 有简单地指向它们的“ child ”的节点，以及保持堆栈的迭代器(因此，胖迭代器)
• 节点有父指针(像你的)，迭代器只是指向给定节点的指针(精简迭代器)

这是一种设计权衡，STL 实现者通常采用精益方式，因为迭代器(在 STL 中)被认为复制起来很便宜。

2。 Easy Iterators vs From scratch 迭代器

还有几种实现迭代器的方法:

• 从头开始:您自己做所有事情，包括定义 typedef、所有运算符重载等...
• 简单:您使用 Boost.Iterator 自己实现尽可能少的代码

我基本上算继承自std::iterator作为“从头开始”的情况，因为它仅提供 5 typedef ...

是否选择其中一个实际上取决于您的情况:

• 出于学习目的，我建议采用“从零开始”的方式几次
• 出于生产目的，我建议采用“从头开始”的方式(从 Boost 继承并不会节省太多，但它确实会使调试 session /内存转储复杂化，至少对于 gdb 来说是这样，因为 gdb 公开了基类)
• 为了快速测试，我建议采用“简单”方式

请注意，您可能会遇到一种奇怪的情况，您的迭代器无法真正构建在 Boost.Iterator 之上，在这种情况下，您别无选择，只能自己构建它。

3。 Const 和非常量迭代器

这也许是重点。

如果仅仅是为了这个，那么值得看看 Boost.Iterator，因为它们公开了实现一个迭代器(模板化)的技术，它将涵盖两种情况。 p>

查看 Iterator Adaptor 中的教程示例部分:

template <class Value>
class node_iter
  : public boost::iterator_adaptor<
        node_iter<Value>                // Derived
      , Value*                          // Base
      , boost::use_default              // Value
      , boost::forward_traversal_tag    // CategoryOrTraversal
    >
{
 private:
    struct enabler {};  // a private type avoids misuse

 public:
    node_iter()
      : node_iter::iterator_adaptor_(0) {}

    explicit node_iter(Value* p)
      : node_iter::iterator_adaptor_(p) {}

    /// !!! Highlight !!!
    template <class OtherValue>
    node_iter(
        node_iter<OtherValue> const& other
      , typename boost::enable_if<
            boost::is_convertible<OtherValue*,Value*>
          , enabler
        >::type = enabler()
    )
      : node_iter::iterator_adaptor_(other.base()) {}

 private:
    friend class boost::iterator_core_access;
    void increment() { this->base_reference() = this->base()->next(); }
};

第三个构造函数是获得一对const的关键点和非 const从 const 自动转换的迭代器到非 const没有可能的反向转换。

无论你做什么，重复使用相同的技巧:模板化 BaseIterator在 Value ，并提供两个类型定义:typedef BaseIterator<Value> iterator和 typedef BaseIterator<Value const> const_iterator .