二叉搜索树的实现（C++）

前言

        二叉搜索树（搜索二叉树，Binary search tree）是一种特殊的二叉树。其规则为：左子树的值一定小于等于根，右子树的值一定大于等于根，并且左右子树也为搜索二叉树。

二叉搜索树的插入

        1.若树为空，插入的数据为根节点的数据

        2.若树不为空，按照二叉搜索树的性质，判断节点的值与插入值的大小关系。若大于节点的值则往右边走。若小于节点的值则往左边走

二叉搜索树的搜索

        1.从根节点开始查找，小于节点值则往左边，大于节点值则往右边。找到就返回

        2.若遍历完都没有找到，即返回找不到

二叉搜索树的删除（重点）

        1.删除叶子节点（既没有左右孩子），直接删除然后将其父亲节点的指针赋值为nullptr

        2.删除只有一个孩子的节点，直接删除然后将孩子连接至父亲节点

        3.删除有两个孩子的节点，不能直接删除。从这个节点出发寻找左子树的最大值（既最右节点）或者右子树的最小值（既最左节点）。将找到的值的赋值给要删除的节点，然后删除我们找到的节点，这样就能保证不会破坏二叉搜索树的性质。

        补充：若删除根节点的话，要单独处理一下

代码实现

template<class K>
struct BSNode
{
	K _val;
	BSNode<K>* _left;
	BSNode<K>* _right;

	BSNode(const K& key)
		:_val(key)
		, _left(nullptr)
		, _right(nullptr)
	{ }
};

template<class K>
class BSTree
{
	//typedef BSNode<K> Node;
	using Node = BSNode<K>;//新的重命名方式
public:

	void Insert(const K& key)//搜索二叉树的插入(不允许冗余)
	{
		Node* cur = _root;
		if (!cur)
		{
			_root = new Node(key);
		}
		else
		{
			Node* parent = cur;
			while (cur)
			{
				if (cur->_val < key)
				{
					parent = cur;
					cur = cur->_right;
				}
				else
				{
					parent = cur;
					cur = cur->_left;
				}
			}
			if (parent->_val < key)
			{
				parent->_right = new Node(key);
			}
			else if (parent->_val > key)
			{
				parent->_left = new Node(key);
			}
			else
				return;
		}
	}



	bool Search(const K& key)//查找
	{
		Node* cur = _root;
		while (cur)
		{
			if (cur->_val < key)
			{
				cur = cur->_right;
			}
			else if (cur->_val > key)
			{
				cur = cur->_left;
			}
			else
				return true;
		}
		return false;
	}

	//搜索二叉树的删除
	void Erase(const K& key)
	{
		Node* cur = _root;
		Node* parent = cur;

		//先找到相应位置
		while (cur)
		{
			if (cur->_val < key)
			{
				parent = cur;
				cur = cur->_right;
			}
			else if (cur->_val > key)
			{
				parent = cur;
				cur = cur->_left;
			}
			else
				break;
		}
		if (!cur)
			return;

		//进行删除
		if (!cur->_left && !cur->_right)//没有孩子
		{
			if (cur == _root)//若删除根节点
			{
				delete _root;
				_root = nullptr;
			}
			else
			{
				if (parent->_left == cur)
					parent->_left = nullptr;
				else
					parent->_right = nullptr;
				delete cur;
				cur = nullptr;  // 显式置空
			}

		}
		else if (!cur->_left || !cur->_right)//有一个孩子
		{
			if (cur == _root)//若删除根节点
			{
				if (cur->_left)
				{
					_root = cur->_left;
					delete cur;
					cur = nullptr;  // 显式置空
				}
				else
				{
					_root = cur->_right;
					delete cur;
					cur = nullptr;  // 显式置空
				}
			}
			else
			{
				if (!cur->_left)
				{
					if (parent->_left == cur)
					{
						parent->_left = cur->_right;
						delete cur;
						cur = nullptr;  // 显式置空
					}
					else
					{
						parent->_right = cur->_right;
						delete cur;
						cur = nullptr;  // 显式置空
					}
				}
				else
				{
					if (parent->_left == cur)
					{
						parent->_left = cur->_left;
						delete cur;
						cur = nullptr;  // 显式置空
					}
					else
					{
						parent->_right = cur->_left;
						delete cur;
						cur = nullptr;  // 显式置空
					}
				}
			}
		}
		else//有两个孩子
		{
			//寻找左子树最大值（或右子树最小值）来替换cur
			Node* Replace = cur->_left;
			Node* Replacep = cur;
			while (Replace->_right)
			{
				Replacep = Replace;
				Replace = Replace->_right;
			}
			swap(Replace->_val, cur->_val);
			
			if(Replacep->_right == Replace)
				Replacep->_right = Replace->_left;
			else
				Replacep->_left = Replace->_left;
			
			delete Replace;
		}
	}


	void Inorder()//中序遍历
	{
		_Inorder(_root);
		cout << endl;
	}

private:

	void _Inorder(Node* root)//中序遍历
	{
		if (!root)
			return;

		_Inorder(root->_left);
		cout << root->_val<<" ";
		_Inorder(root->_right);
	}

	Node* _root = nullptr;
};