基于C# 2.0泛型构造一个二叉树类

2007-03-09 19:28:00

一、泛型简介
泛型（Generic）是C# 2.0新增的概念之一，其宗旨是避免进行强制类型转换的需求，提高类型安全性，减少需要的装箱量并且让程序员更轻松地创建泛型化的类和方法。泛型类和方法接受所谓的“类型参数”，由它们确定要操作的对象的类型。

二、问题的提出
.NET框架2.0通过System.Collections.Generic命名空间提供了许多集合类和接口的泛型版本。
.NET框架类库已经包含了大量现成的泛型类。当然，用户也可以根据自己的需要定制泛型类。不知何原因，微软恰好在System.Collections.Generic命名空间中遗漏了二叉树类。须知，二叉树是一种非常有用的数据结构，可用它实现大量的操作，其中包括以极快的速度来排序和搜索数据。

在本文中，我们将使用.NET 2.0泛型概念构造一棵基本的二叉树，使其能容纳多种类型的数据。

三、使用泛型构造二叉树类实例
由于二叉树类在许多程序中都能用到；所以，最好我们把它做成一个类库以便重用。然后，可以到处重用这个类，而无需复制源代码并重新编译它。

【提示】在.NET中，类库是一系列已经编译的类的集合，所有这些类都存储在一个程序集中。程序集是一个通常采用.dll扩展名的文件。其它项目和应用程序可以添加对程序集的一个引用，然后使用using语句，将它的命名空间带入自己的范围中，从而利用类库中的内容。

启动Visual Studio 2005。选用“类库”模板来创建一个新的Visual C#项目，并将项目命名为BinaryTree。然后，在解决方案资源管理器中，将文件名Class1.cs改变为Tree.cs。

接下来，对Class1类的定义作如下修改，最后代码如下所示：

namespace BinaryTree
...{
    public class Tree<T> where T : IComparable<T>
    ...{
        private T data;
        private Tree<T> left;
        private Tree<T> right;
//……

【提示】泛型和约束常常是联系在一起使用的。通过约束，可以将一个泛型类的类型参数限制成实现了一系列特定接口的类型（所以它们能够提供由那些接口定义的方法）。
在本例中，我们修改Tree<T>类的定义，指定类型参数T必须是实现了泛型IComparable<T>接口的一个类型。

【提示】如果我们需要创建一个类，要求它能够根据某种排序方式对值进行比较，那就要实现IComparable接口。此接口包含一个CompareTo方法，由它来获得单个参数，并返回一个整数以指出比较结果。

在上面的Tree<T>类中添加了三个私有变量，只要有二叉树概念，其含义自明，不多赘述。接下来，我们在类中添加两个方法Insert和WalkTree，分别用于插入结点和遍历二叉树。相应代码如下：

//此方法在二叉树中插入一个值为T的结点。
        //注意，因为用户可以使用构造器在树中插入初始的根结点，所以在此方法中
        //我们树是非空的。
        public void Insert(T newItem)
        ...{
            T currentNodeValue = this.NodeData;
            // CompareTo含义上面已作解释，用于判断当前节点值是否大于新项
            if (currentNodeValue.CompareTo(newItem) > 0)
            ...{
                if (this.LeftTree == null)
                ...{
                    this.LeftTree = new Tree<T>(newItem);
                }
                else
                ...{
                    this.LeftTree.Insert(newItem);
                }
            }
            else
            ...{
                if (this.RightTree == null)
                ...{
                    this.RightTree = new Tree<T>(newItem);
                }
                else
                ...{
                    this.RightTree.Insert(newItem);
                }
            }
        }
        //此方法负责遍历二叉树－把结点值转换为字符串，并输出到控制台
        public void WalkTree()
        ...{
            if (this.LeftTree != null) //判断左结点是否为空
            ...{
                this.LeftTree.WalkTree();//非空，则递归遍历左子树
            }
            Console.WriteLine(this.NodeData.ToString());//输出到控制台
            if (this.RightTree != null) //判断右结点是否为空
            ...{
                this.RightTree.WalkTree();//非空，则递归遍历右子树
            }
        }

四、测试Tree<T>类

为了测试上面库中的二叉树类，选择“文件→新建→添加项目”，选用“控制台应用程序”模板来添加一个新项目，并将项目命名为BinaryTreeTest。

在解决方案资源管理器中，选择BinaryTreeTest项目并将之设置为启动项目。
选择“项目→添加引用”。单击“项目”标签，单击BinaryTree项目，并确定。
最后，我们在Main方法中加入如下语句进行测试：

  static void Main(string[] args)
{
Tree<int> tree1 = new Tree<int>(10);
tree1.Insert(9);
tree1.Insert(6);
tree1.Insert(5);
tree1.Insert(-12);
tree1.Insert(177);
tree1.Insert(0);
tree1.Insert(9);
tree1.Insert(9);
tree1.WalkTree();
Tree<string> tree2 = new Tree<string>("Hello");
tree2.Insert("World");
tree2.Insert("How");
tree2.Insert("Old");
tree2.Insert("Are");
tree2.Insert("You");
tree2.WalkTree();
Console.Read();
}

运行结果如下图所示：

五、小结
“泛型”概念在增加类型安全的同时，也大大提高了软件的模块化开发。在本文中，我们基于泛型概念创建了一棵简单的二叉树。当然，在实践中还有待于大量的“美化”。

本文出自 “青峰” 博客，转载请与作者联系！

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