C++树结构实现中，为什么要单独定义节点类?

来源：千锋教育

发布人：xqq

时间： 2023-10-20 08:41:54

一、C++树结构实现中要单独定义节点类的原因

1、简化代码结构

通过定义节点类，可以使代码结构变得更加简单和易于理解，避免了多重指针类型和错误的指针操作等问题。

2、支持递归操作

节点类的指针结构可以支持对树进行递归操作，如遍历、查找等，方便各种操作的实现和调用。

3、封装数据元素和指针

节点类将数据的存储和对应的指针封装在一起，使得节点类具有独立的数据结构，实现相对更加清晰和简洁。

4、支持多叉树

节点类可以包含多个指向子节点的指针，实现多叉树的存储结构，为树的扩展提供了更多灵活性。

二、C++简介

1、概念

C++（c plus plus）是一种计算机高级程序设计语言，由C语言扩展升级而产生，较早于1979年由本贾尼·斯特劳斯特卢普在AT&T贝尔工作室研发。

C++既可以进行C语言的过程化程序设计，又可以进行以抽象数据类型为特点的基于对象的程序设计，还可以进行以继承和多态为特点的面向对象的程序设计。C++擅长面向对象程序设计的同时，还可以进行基于过程的程序设计。 C++几乎可以创建任何类型的程序：游戏、设备驱动程序、HPC、云、桌面、嵌入式和移动应用等。甚至用于其他编程语言的库和编译器也使用C++编写。C++拥有计算机运行的实用性特征，同时还致力于提高大规模程序的编程质量与程序设计语言的问题描述能力。

2、发展历程

1970年，AT&T贝尔实验室的工作人员D.Ritchie和K.Thompson共同研发了C语言。研制C语言的初衷是用它编写UNIX系统程序，因此，实际上C语言是UNIX的“副产品”。1971年，瑞士联邦技术学院N.Wirth教授发明了名列前茅个结构化的编程语言Pascal。

20世纪70年代中期，本贾尼·斯特劳斯特卢普在剑桥大学计算机中心工作。斯特劳斯特卢普希望开发一个既要编程简单、正确可靠，又要运行高效、可移植的计算机程序设计语言。而以C语言为背景，以Simula思想为基础的语言，正好符合斯特劳斯特卢普的初衷和设想。

1979年，本贾尼·斯特劳斯特卢普到了AT&T贝尔实验室，开始从事将C改良为带类的C（C with classes）的工作。1983年，该语言被正式命名为C++。1985年、1990年和1994年，C++先后进行3次主要修订。

C++的标准化工作于1989年开始，并成立了一个ANSI和ISO（International Standards Organization）国际标准化组织的联合标准化委员会。

1994年1月25曰，联合标准化委员会提出了名列前茅个标准化草案。在该草案中，委员会在保持斯特劳斯特卢普最初定义的所有特征的同时，还增加了部分新特征。

在完成C++标准化的名列前茅个草案后不久，亚历山大·斯特潘诺夫（Alexander Stepanov）创建了标准模板库（Standard Template Library，STL）。在通过了标准化名列前茅个草案之后，联合标准化委员会投票并通过了将STL包含到C++标准中的提议。STL对C++的扩展超出了C++的最初定义范围。虽然在标准中增加STL是个很重要的决定，但也因此延缓了C++标准化的进程。1997年11月14日，联合标准化委员会通过了该标准的最终草案。1998年，C++的ANSI/IS0标准被投入使用。

3、编程开发

集成开发环境：

截至2014年3月，C++共有12个主流集成开发环境。分别是Visual Studio（Visual C++）、Dev C++、C++ Builder、kDevelop、Anjuta、Code::Blocks、Visual Mingw、Ideone、Eclipse CDT、Compilr、Code Lite、Netbeans C++。

编译器：

截至2014年3月，C++共有5款主流编译器。分别是Ultimate++、Digital Mars、C-Free、MinGW、Tiny C Compiler。

4、语言特点

与C语言的兼容性

C++与C语言完全兼容，C语言的绝大部分内容可以直接用于C++的程序设计，用C语言编写的程序可以不加修改地用于C++。

数据封装和数据隐藏

在C++中，类是支持数据封装的工具，对象则是数据封装的实现。C++通过建立用户定义类支持数据封装和数据隐藏。在面向对象的程序设计中，将数据和对该数据进行合法操作的函数封装在一起作为一个类的定义。对象被说明为具有一个给定类的变量。每个给定类的对象包含这个类所规定的若干私有成员、公有成员及保护成员。完好定义的类一旦建立，就可看成完全封装的实体，可以作为一个整体单元使用。类的实际内部工作隐藏起来，使用完好定义的类的用户不需要知道类的工作原理，只要知道如何使用它即可。

支持继承和重用

在C++现有类的基础上可以声明新类型，这就是继承和重用的思想。通过继承和重用可以更有效地组织程序结构，明确类间关系，并且充分利用已有的类来完成更复杂、深入的开发。新定义的类为子类，成为派生类。它可以从父类那里继承所有非私有的属性和方法，作为自己的成员。

多态性

采用多态性为每个类指定表现行为。多态性形成由父类和它们的子类组成的一个树型结构。在这个树中的每个子类可以接收一个或多个具有相同名字的消息。当一个消息被这个树中一个类的一个对象接收时，这个对象动态地决定给予子类对象的消息的某种用法。多态性的这一特性允许使用高级抽象。

继承性和多态性的组合，可以轻易地生成一系列虽然类似但独一无二的对象。由于继承性，这些对象共享许多相似的特征。由于多态性，一个对象可有独特的表现方式，而另一个对象有另一种表现方式。

5、工作原理

C++语言的程序开发环境，为了方便测试，将调试环境做成了解释型。即开发过程中，以解释型的逐条语句执行方式来进行调试，以编译型的脱离开发环境而启动运行的方式来生成程序最终的执行代码。

开发C++应用程序，需要经过编写源程序、编译、连接程序生成可执行程序、运行程序四个步骤。生成程序是指将源码（C++语句）转换成一个可以运行的应用程序的过程。如果程序编写正确，那么通常只需按一个功能键，即可完成该过程。

名列前茅步对程序进行编译，这需要用到编译器（compiler）。编译器将C++语句转换成机器码（也称为目标码）；如果该步骤成功执行，下一步就是对程序进行链接，这需要用到链接器（linker）。链接器将编译获得机器码与C++库中的代码进行合并。C++库包含了执行某些常见任务的函数（“函数”是子程序的另一种称呼）。例如，一个C++库中包含标准的平方根函数sqrt，所以不必亲自计算平方根。C++库中还包含一些子程序，它们把数据发送到显示器，并知道如何读写硬盘上的数据文件。

延伸阅读1：运算符与表达式

C++语言中定义了丰富的运算符，如算术运算符、关系运算符、逻辑运算符等等，有些运算符需要两个操作数，使用形式为：<操作数1>运算符<操作数2>，这样的运算符称为二元运算符（或二目运算符）。另一些运算符只需要一个操作数，称为一元运算符（或单目运算符）。运算符具有优先级与结合性。当一个表达式包含多个运算符时，先进行优先级高的运算，再进行优先级低的运算。如果表达式中出现了多个相同优先级的运算，运算顺序就要看运算符的结合性了。所谓结合性，是指当一个操作数左右两边的运算符优先级相同时，按什么样的顺序进行运算，是自左向右，还是自右向左。例如，我们熟悉的算术表达式“6+5-2”中，“+”、 “-”是同级运算符，那么是先算5-2，还是先算6+5？这就取决于算术运算符的结合性。由于算术运算符的结合性为自左向右，所以应先算6+5，然后再算11-2。

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