极客笔记为什么C++ STL没有提供任何“树”容器？
当我们使用C++编程时，STL常常是我们的首选容器库。但是，如果我们需要使用树数据结构时，却会发现STL貌似并没有提供任何树相关的容器。这是为什么呢？本文将深入探讨这个问题，并让我们了解如何在C++中实现树数据结构。
什么是树？
在深入了解为什么C++ STL没有提供“树”容器之前，我们需要了解什么是树。树是一种常用的数据结构，其主要特点是树结点之间具有父子关系。树结点的数量可以是任意的，但包括根结点在内，每个结点只能有唯一的父结点。
树由结点和边组成。结点之间通过边连接，边通常表示从一个结点到另一个结点的关系。树有一个特别的结点，称为根结点，作为树的起点。它通常是整个树的顶部结点。除了根结点之外的所有结点都有唯一的一个父结点，但可以有多个子结点。没有子结点的结点称为叶结点。
下面是一个简单的树结构图：
A
/ \
B C
/ \
D E
在这个树中，A是根结点，B和C是它的子结点，D和E是C的子结点。B是叶结点。
树有许多种实现方式，例如二叉树、B树、红黑树等，每种实现方式都有其优缺点，可以根据自己的需求选择不同的实现方式。
C++ STL提供的容器
在C++ STL中，我们可以找到许多容器，例如：
- vector
- list
- map
- set
- …
它们都是非常有用的容器，它们可以帮助我们存储和管理有序或无序的数据。
然而，STL并没有提供任何树容器，也就是说，我们不能使用任何STL提供的容器来方便地存储和管理树数据结构。那么，为什么STL没有提供树容器呢？
为什么没有“树”容器？
可以有许多原因，其中一个可能的原因是，树是一种数据结构，比较复杂，不容易在每个应用中使用。这就是为什么STL集中精力开发各种常规容器，如vector和map，这些容器可以满足大多数程序员的需求。
另一个原因可能是，树容器需要比其他容器更多的内存，因为树是一种递归数据结构。每个结点都包含指向其子结点和父结点的指针，因此，每个结点需要额外的内存。对于大型树，这可能会导致内存消耗过大，从而导致性能下降。
此外，C++ STL希望保持易于使用，同时提供高性能和可移植性。提供树容器的实现可能会破坏这些目标之一。
虽然STL并没有提供树容器，但幸运的是，我们可以轻松地创建自己的树容器。
如何在C++中实现树
我们需要创建一个树容器，以便存储和管理一个具有树结构的数据。在C++中，我们可以通过在自己的代码中，定义一个“树结点”类，来创建一个树容器。
下面是一个示例代码，用于创建一个基本的二叉树：
#include <iostream>
struct Node {
int value;
Node* left_child;
Node* right_child;
Node(int val) : value(val), left_child(nullptr), right_child(nullptr) {}
};
class BinaryTree {
public:
BinaryTree() : root(nullptr) {}
void insert(int val);
bool search(int val);
void print();
private:
Node* root;
void insert(int val, Node*& curr_node);
bool search(int val, Node* curr_node);
void print(Node* curr_node);
};
void BinaryTree::insert(int val) {
if (root == nullptr) {
root = new Node(val);
} else {
insert(val, root);
}
}
void BinaryTree::insert(int val, Node*& curr_node) {
if (curr_node == nullptr) {
curr_node = new Node(val);
} else if (val < curr_node->value) {
insert(val, curr_node->left_child);
} else {
insert(val, curr_node->right_child);
}
}
bool BinaryTree::search(int val) {
return search(val, root);
}
bool BinaryTree::search(int val, Node* curr_node) {
if (curr_node == nullptr) {
return false;
} else if (curr_node->value == val) {
return true;
} else if (val < curr_node->value) {
return search(val, curr_node->left_child);
} else {
return search(val, curr_node->right_child);
}
}
void BinaryTree::print() {
print(root);
}
void BinaryTree::print(Node* curr_node) {
if (curr_node != nullptr) {
print(curr_node->left_child);
std::cout << curr_node->value << " ";
print(curr_node->right_child);
}
}
int main() {
BinaryTree tree;
tree.insert(50);
tree.insert(30);
tree.insert(20);
tree.insert(40);
tree.insert(70);
tree.insert(60);
tree.insert(80);
std::cout << "Tree: ";
tree.print();
std::cout << std::endl;
std::cout << "Search 20: " << tree.search(20) << std::endl;
std::cout << "Search 90: " << tree.search(90) << std::endl;
return 0;
}
在上面的代码中，我们先定义一个“Node”结构体，表示树结点。然后，创建一个“BinaryTree”类来表示树容器。实现树容器需要实现以下操作：
- 插入值
- 搜索值
- 打印树
在上面的代码中，我们使用递归实现了这些操作。在插入时，我们从根结点开始搜索，找到一个空结点进行插入。在搜索时，我们从根结点开始，一直到找到一个匹配的结点。在打印时，我们使用中序遍历方法打印树。
结论
虽然C++ STL没有提供任何“树”容器，但我们仍然可以自己创建一个树容器。树是一种递归数据结构，每个结点包括指向其子结点和父结点的指针，因此需要额外的内存。引入树容器可能会增加代码的复杂性和内存消耗，但在某些情况下，树容器可能是必要的。如果需要在自己的应用程序中使用树结构，请尝试编写自己的树容器来满足您的需求。