使用 std::map::iterators 对树进行级别顺序遍历答案

【问题标题】：Level order traversal of a tree using std::map::iterators使用 std::map::iterators 对树进行级别顺序遍历
【发布时间】：2019-10-20 06:39:49
【问题描述】：

我有一个由节点组成的树结构。每个节点都有一个 id 和一个 std::map 引用它的所有子节点。

struct Node
{
    Node(std::string id) : id(id) {}
    std::string id;

    Node& operator [] (std::string id)
    {
        iterator it = map.find(id);
        if(it != map.end()) return it->second;
        else
        {
            Node* null = new Node("null");
            return *null;
        }
    }

    void addChild(std::string id)
    {
        Node* child = new Node(id);
        map.insert(std::pair<std::string,Node&>(id,*child));
    }

private:
    std::map<std::string,Node&> map;
};

示例树如下所示

    Node root("root");
    root.addChild("Documents");
    root.addChild("Pictures");
    root.addChild("Music");
    root["Documents"].addChild("Work");
    root["Documents"].addChild("Private");
    root["Documents"].addChild("Home");
    root["Documents"]["Work"].addChild("Finance");
    root["Documents"]["Work"].addChild("Engineering");
    root["Documents"]["Work"]["Finance"].addChild("Week1.xml");
    root["Documents"]["Work"]["Finance"].addChild("Week2.xml");
    root["Documents"]["Work"]["Finance"].addChild("Week3.xml");
    root["Documents"]["Work"]["Finance"].addChild("Week4.xml");
    root["Pictures"].addChild("Tree.jpg");
    root["Pictures"].addChild("Dog.jpg");

我想做一个级别顺序遍历（广度优先遍历）并打印出每个节点的 id。即，打印根目录下的所有节点名称，然后打印根目录下第一个节点下的所有节点名称，然后打印根目录下第二个节点下的节点名称，等等。我希望能够使用一个for循环和迭代器，如下图：

    //ASSIGNEMNT; CONDITION; OPPERATION
    for(Node::iterator it = root.begin(); it != root.end(); root.traverse(it))
    {
        std::cout << it->first << std::endl;
    }

我试图在节点类中定义一个算法来实现这一点。该算法如下图所示：

    typedef std::map<std::string,Node&>::iterator iterator;

    iterator begin()    {return map.begin();}
    iterator end()      {return map.end();}

    iterator traverse(iterator& it)
    {
        std::cout << "Traversing " << this->id << "..." << std::endl;
        it++;
        if(it != it->second.end()) return it;
        else
        {
            iterator next = it->second.begin();
            return next->second.traverse(next);
        }
    }

然而这个函数只遍历root然后退出for循环。实现我想要的正确算法是什么？

完整的Node类和主要功能：

#include <iostream>
#include <map>

using namespace std;

struct Node
{
	Node(std::string id) : id(id) {}
	std::string id;

	typedef std::map<std::string,Node&>::iterator iterator;

	iterator begin()	{return map.begin();}
	iterator end()		{return map.end();}

	iterator traverse(iterator& it)
	{
		std::cout << "Traversing " << this->id << "..." << std::endl;
		it++;
		if(it != it->second.end()) return it;
		else
		{
			iterator next = it->second.begin();
		    return next->second.traverse(next);
		}
	}

	Node& operator [] (std::string id)
	{
		iterator it = map.find(id);
		if(it != map.end()) return it->second;
        else
        {
            Node* null = new Node("null");
            return *null;
        }
	}

	void addChild(std::string id)
	{
		Node* child = new Node(id);
		map.insert(std::pair<std::string,Node&>(id,*child));
	}

private:
	std::map<std::string,Node&> map;
};

int main()
{
	Node root("root");
	root.addChild("Documents");
	root.addChild("Pictures");
	root.addChild("Music");
	root["Documents"].addChild("Work");
	root["Documents"].addChild("Private");
	root["Documents"].addChild("Home");
	root["Documents"]["Work"].addChild("Finance");
	root["Documents"]["Work"].addChild("Engineering");
	root["Documents"]["Work"]["Finance"].addChild("Week1.xml");
	root["Documents"]["Work"]["Finance"].addChild("Week2.xml");
	root["Documents"]["Work"]["Finance"].addChild("Week3.xml");
	root["Documents"]["Work"]["Finance"].addChild("Week4.xml");
	root["Pictures"].addChild("Tree.jpg");
	root["Pictures"].addChild("Dog.jpg");

	for(Node::iterator it = root.begin(); it != root.end(); root.traverse(it))
	{
		std::cout << it->first << std::endl;
	}


	return 0;
}

【问题讨论】：

可能不是您的主要问题，但由于这些行，您正在泄漏内存：Node* child = new Node(id); map.insert(std::pair<std::string,Node&>(id,*child));
您在 Node& operator [] 中有 UB - 如果 if 失败，那么您不会返回任何值。打开编译器警告并修复它们。
@πάνταῥεῖ 和@Quimby 这只是我遇到的问题的一个最小工作示例。在我的树结构中，我不使用Node& operator []，除非它会返回一个值。在实际代码中，这是不同的设计。与内存泄漏相同
clang.llvm.org/docs/ClangFormat.html - 请。
@Blue7 “这只是我遇到的问题的一个最小工作示例” 不，不是。只需阅读minimal reproducible example（再次），了解如何提供。

标签： c++ tree iterator traversal stdmap

【解决方案1】：

您不能使用地图的迭代器，因为每个节点都有不同的地图。您必须定义自己的迭代器类，它可以跟踪当前正在迭代的节点，并在到达该节点的映射末尾时更改为下一个节点。

您的traverse 函数已关闭，但将跳过next 中的第一个迭代器。当它到达最后一个节点（或其映射中没有条目的任何节点）时，它也会遇到未定义行为，因为您将增加 end 迭代器。

一旦遍历移动到其中一个子节点，也会出现未定义行为，因为您随后将比较来自不同容器的迭代器。

【讨论】：