二叉树实现原理

 举例：
          对于表达式   a+b*(c-d)-e/f  的二叉树如下：

binary.png

运算符优先级判断标准：

1.加减运算符优先级低于乘除优先级；
2.括号内的运算符优先级最高；
3.当优先级相同时，位置靠后的优先级最低

具体步骤如下：

• 对字符串的运算符号进行遍历，找出优先级最低的运算符，在该字符串中，首先对‘+’进行判断，是目前优先级最低的，然后访问到'*',比'+'高，接下来'-'因为在括号内的缘故，比'+'高，然后是'-'，跟'+‘一样的优先级，但是位置靠后，所以’+‘被取代，’-‘成为当前优先级最低的，接下来是'/'，比'-'高。所以该结点的数据为'-'。
• 左子树则遍历 a+b*(c-d)，右子树则遍历 e/f ，根据优先级递归创建二叉树。

对于正负号，发现正负号一般在数字的前面，根据递归规律，可以发现，一般正负号在字符串的第一位，后面跟着数字，由此可以将正负号当作是对其后面的数字的取值操作

函数详述

(1)树结点

typedef union
{
    char symbol;
    double number;
}UN;
typedef struct TREE
{
    UN data;    //联合结构可以节省空间
    TREE *lchild;
    TREE *rchild;
}Tree;

(2)checkBrackets(char input, int l, int r)
检查左右两边的括号是否为同一对，同一对则可以移除 例如：(2 + 4)(3 - 1) 是不可以去掉最左边跟最右边的括号的。若为同一对，返回true，否则返回false

bool checkBrackets(char *input, int l, int r)
{
    int flag = 0;
    char c;
    int i;
    for (i = l; i <= r; i++)
    {
        c = input[i];
        if (c == '(')
            flag++;
        else if (c == ')')
            flag--;
        if (flag == 0)
            break;
    }
    if ((flag == 0) && (i >= r))
        return true;
    else return false;
}

(3)findNode(char *input, int l, int r)
寻找下标为l~r的字符串中的优先级最低的运算符

int findNode(char *input, int l, int r)
{
    int index = 0;
    char data;
    int flag = 0;
    bool finded = false;
    for (int i = l; i <= r; i++)
    {
        data = input[i];
        switch (data)
        {
        case '(': flag++; break;
        case ')': flag--; break;
        case '+':
        case '-': if (!flag && i != l){ finded = true; index = i; break; }
                  //i!=l : eleminite the negative number;like (- 4 / 5) ,the '/''s priority is lower than '-''s;
        case '*':
        case '/': if (!finded && !flag) { index = i; break; }
                  //There the finded can not be set to true ,when it is true,like 2*3*4 will be wrong.
        }
    }
    return index;
}

(4)Tree *buildTrees(char *input, int l, int r)
根据表达式创建二叉树

Tree *buildTrees(char *input, int l, int r)
{
    if ((input[l] == '(') && (input[r] == ')') && (checkBrackets(input, l, r)))
    {
        l++;
        r--;
    }
    int i;
    int  index;
    for (i = l; i <= r; i++)
    {
        if ((i == l) && ((input[i] == '-') || (input[i] == '+')))    //deal with positive and negative numbers
            continue;
        if (!isdigit(input[i]) && (input[i] != '.'))
            break;
    }
    if (i >= r)
    {// i>= r means the string all are numbers,it is leaf of Binary Tree
        Tree *T = new Tree;
        T->data.number = atol(input + l);
        T->lchild = T->rchild = NULL;
        return T;
    }
    else
    {
        index = findNode(input, l, r);
        Tree *t = new Tree;
        t->data.symbol = input[index];
        t->lchild = buildTrees(input, l, index - 1);
        t->rchild = buildTrees(input, index + 1, r);
        return t;
    }

}

(5)preOrder(Tree *tree)
根据后序遍历计算表达式结果

double preOrder(Tree *tree)
{
    if (tree == NULL)
        return 0;
    if ((tree->lchild == NULL) && (tree->rchild == NULL))
        return tree->data.number;
    double lresult = preOrder(tree->lchild);
    double rresult = preOrder(tree->rchild);
    double result = 0.0;
    switch (tree->data.symbol)
    {
    case '-': result = lresult - rresult; break;
    case '+': result = lresult + rresult; break;
    case '*': result = lresult * rresult; break;
    case '/': if(rresult != 0) result = lresult / rresult; break;
    }
    return result;
}

代码运行效果如下：

运行结果.png

完整代码