c/c++|【二叉树初阶】前中后序遍历+层序遍历+基础习题


文章目录

  • 前言
  • 前序遍历
  • 中序遍历
  • 后序遍历
  • 前中后序遍历总结
  • 层序遍历
  • 二叉树相关计算一网打尽
    • 节点个数
    • 叶子节点个数
    • 第k层节点个数
    • 二叉树高度
    • 查找值为x的节点
    • 二叉树销毁
    • 判断二叉树是否是完全二叉树
  • 二叉树基础练习
  • 基础选择题
  • 二叉树遍历源码

前言
本篇文章将用大白话以及图解讲解二叉树初阶的遍历和相关习题,初学二叉树的小白一看就会。
普通二叉树的增删查改是没有价值的,用它存数据太麻烦,不如用顺序表、链表、至多是完全二叉树存储,所以我们只关注遍历过程,因为学习二叉树最简单的方式就是遍历,也为后面学习搜索二叉树、AVL树、红黑树等打基础

二叉树的遍历分为:前序中后后序层序遍历,这里前中后序遍历用递归实现,层序遍历用非递归实现
前序遍历 在学习二叉树的遍历之前,在简单提一下二叉树的概念
  • 空树
  • 非空:由根、左子树、右子树组成
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前序遍历((Preorder Traversal 也称先序遍历):先访问根节点,再访问左子树、右子树。前中后序就是访问根节点的时机不同
遍历采用分治的思想:将一个大问题,划分为最小规模的子问题。将一颗数不断划分为根、左子树、右子树,直到最后走向空树。这里D还可以当做根节点,左右子树为空
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【c/c++|【二叉树初阶】前中后序遍历+层序遍历+基础习题】下图虚线是递归过程,前序:根->左子树->右子树,所以先访问根。
先访问根A,再访问左子树B,B也是根,再访问B的左子树D,D也是根,再访问D的左子树NULL,NULL没有左子树所以再访问D的右子树NULL,往上回归B的左子树访问完了,再访问B的右子树…一直划分一直递归
最后前序遍历顺序为:A->B->D->NULL->NULL->NULL->C->E->NULL->NULL->F->NULL->NULLc/c++|【二叉树初阶】前中后序遍历+层序遍历+基础习题
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暴力建一个和上图同样结构的二叉树
typedef char BTDataType; typedef struct BinaryTreeNode { struct BinaryTreeNode* left; struct BinaryTreeNode* right; BTDataType val; }BTNode; //构造节点 BTNode* CreateNode(BTDataType x) { BTNode* newnode = (BTNode*)malloc(sizeof(BTNode)); newnode->left = newnode->right = NULL; newnode->val = x; return newnode; } //构造二叉树 BTNode* CreateBTree() { BTNode* nodeA = CreateNode('A'); BTNode* nodeB = CreateNode('B'); BTNode* nodeC = CreateNode('C'); BTNode* nodeD = CreateNode('D'); BTNode* nodeE = CreateNode('E'); BTNode* nodeF = CreateNode('F'); nodeA->left = nodeB; nodeA->right = nodeC; nodeB->left = nodeD; nodeC->left = nodeE; nodeC->right = nodeF; return nodeA; }

根据前序遍历先访问根再访问左子树、右子树。递归实现就不能多想,想到第一步大思路就是代码的实现,比如求100的阶乘,想到100*99!就不要想了,这就是代码的实现。
这里同样如此,前序遍历:先遍历根,在遍历左子树根->left,再遍历右子树根->right,这就是实现的代码
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这里要把NULL也打印出来,空才能体现遍历的精髓,最开始一定要把NULL写出来方便理解
//前序遍历:根->左子树->右子树 void PreOrder(BTNode* root) { //当前节点为空时,打印空再返回上一层调用 if (root == NULL) { printf("NULL "); return; } printf("%c ", root->val); //空 PreOrder(root->left); //左子树 PreOrder(root->right); //右子树 } int main() { BTNode* root = CreateBTree(); printf("前序:"); PreOrder(root); }

递归展开图,蓝色为打印结果c/c++|【二叉树初阶】前中后序遍历+层序遍历+基础习题
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中序遍历 中序遍历(Inorder Traversal):左子树->根->右子树(根节点在中间访问),同样是这张图
先访问左子树,也就是B,但不能先访问B,因为B也可当做根节点应该先访问B的左子树D,但不能先访问D,因为D也可当做根节点应该先访问D的左子树NULL,再访问根D,再访问右子树NULL,然后再往回返…按照左子树->根->右子树的顺序访问c/c++|【二叉树初阶】前中后序遍历+层序遍历+基础习题
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可以理解为把A的左子树往左拉成一条直线依次访问,然后访问A,再把A的右子树往左拉成一条直接依次访问
中序遍历::NULL-> D->NULL-> B->NULL-> A-> NULL-> E-> NULL-> C-> NULL-> F-> NULL
中序遍历实现和前序遍历的类似,只是访问时机不同
// 二叉树中序遍历 void InOrder(BTNode* root) { if (root == NULL) { printf("NULL "); return; } InOrder(root->left); //左子树 printf("%c ", root->val); //根 InOrder(root->right); //右子树 }

后序遍历 后序遍历(Postorder Traversal):访问顺序 左子树->右子树->根(根最后访问)
一直往下找左子树,先访问D的左子树NULL,再访问D的右子树NULL,再访问根D,然后往上回归B的左子树访问完了,访问B的右子树NULL,再访问根B,再往上回归…
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后序:NULL-> NULL-> D-> NULL-> B-> NULL -> NULL-> E-> NULL-> NULL-> F-> C-> A
// 二叉树后序遍历 void PostOrder(BTNode* root) { if (root == NULL) { printf("NULL "); return; } PostOrder(root->left); //左子树 PostOrder(root->right); //右子树 printf("%c ", root->val); //根 }

前中后序遍历总结 前中后序遍历就是访问根节点的时机不同,先访问根就是前序遍历,在中间访问根就是中序遍历,最后访问根就是后序遍历。
  • 前序遍历第一个节点就是整个二叉树的根节点
  • 中序遍历第一个节点就是整个二叉树最左边的节点
  • 后序遍历最后一个节点就是整个二叉树的根节点
层序遍历 层序遍历就是自顶向下,从左到右访问。我们可以借助队列queue完成遍历,先进队列的先出队列,
先举一个简单的例子:相办法让A B C依次进队列,可以先让A进队列,然后让A出队列再把A的左右孩子B、C进队列。也就是根先进队列,然后front队头出队列,再把front队头的左右孩子入进队列,这样通过迭代就可以实现层序遍历
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由于C语言没有标准模板库,所以需要自己实现一个队列,这里直接调用我已经实现好的,在源码有具体实现。ps:层序遍历没有打印NULL
// 层序遍历 void LevelOrder(BTNode* root) { if (root == NULL) return; Queue q; //queue初始化 QueueInit(&q); //先将根push进queue QueuePush(&q, root); while (!QueueEmpty(&q)) { BTNode* front = QueueFront(&q); printf("%c ", front->val); //父亲出队列 QueuePop(&q); //pop掉的只是指针的值,所以不会释放指针所指空间 //孩子不为NULL时进队列 if (front->left) QueuePush(&q, front->left); if (front->right) QueuePush(&q, front->right); } QueueDestroy(&q); }

二叉树相关计算一网打尽 节点个数 要计算节点个数,就把B当做根的左子树,C当做根的右子树,左子树+右子树+1就是节点个数,也就是节点个数=根->left+根->right+1,想到这里就不要想了,直接实现代码
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//计算节点个数 int BTreeSize(BTNode* root) { if (root == NULL) return 0; return BTreeSize(root->left) + BTreeSize(root->right) + 1; }

叶子节点个数 叶子节点就是没有孩子的节点,D、E、F就是叶子节点
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所以只需要节点->left和节点->right的为NULL就是叶子节点,然后继续遍历计算
//计算叶子节点个数 int BTreeLeafSize(BTNode* root) { if (root == NULL) return 0; if (root->left == NULL && root->right == NULL) return 1; return BTreeLeafSize(root->left) + BTreeLeafSize(root->right); //继续遍历 }

第k层节点个数 以空数为0层。比如要计算第3层节点个数就是计算左子树第二层+右子树第二层节点个数,root根的第三层节点=roo->left的第二层节点+roo->right的第二层节点…c/c++|【二叉树初阶】前中后序遍历+层序遍历+基础习题
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// 二叉树第k层节点个数 int BTreeLevelKSize(BTNode* root, int k) { assert(k > 0); if (root == NULL) return 0; if (k == 1) return 1; return BTreeLevelKSize(root->left, k - 1) + BTreeLevelKSize(root->right, k - 1); }

递归展开图,这里只画了左子树的
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二叉树高度 数的高度也叫深度,空数高度取0。高度=max(根的左子树高度,右子树高度取)+1
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// 二叉树高度--后序思想 int BTreeHigh(BTNode* root) { if (root == NULL) return 0; int leftHigh = BTreeHigh(root->left); //左子树高度 int rightHigh = BTreeHigh(root->right); //右子树高度 return leftHigh > rightHigh ? leftHigh + 1 : rightHigh + 1; }

递归展开图,这里只计算了A的左子树高度3,计算完右子树后和左子树取较大值+1就是数的高度
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查找值为x的节点 惯性思维,要从数中查找节点肯定是先从根开始,再找左子树,然后再找右子树,直到找到
// 二叉树查找值为x的节点--前序思想 BTNode* BTreeFind(BTNode* root, BTDataType x) { if (root == NULL) return NULL; if (root->val == x) return root; BTNode* left = BTreeFind(root->left, x); if (left) return left; BTNode* right = BTreeFind(root->right, x); if (right) return right; return NULL; //最后还未找到就返回NULL }

二叉树销毁 二叉树的递归创建在下面例题有代码实现
从下往上free,先free左右子树,再free根
// 二叉树销毁--后序思想 void BinaryTreeDestory(BTNode* root) { if (root == NULL) return; BinaryTreeDestory(root->left); BinaryTreeDestory(root->right); free(root); }

判断二叉树是否是完全二叉树 完全二叉树有一个特性:前N-1层都是满的,最后一层不满,但从左向右是连续的。当然满二叉树也是特殊的完全二叉树
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那么我们只需要按照层序遍历的思想,父亲出queue孩子进queue,节点为NULL也进队列,那么当队头NULL时,当前队列的所有元素都要为空才满足完全二叉树的特性
// 判断二叉树是否是完全二叉树--层序遍历思想 bool BTreeComplete(BTNode* root) { Queue q; QueueInit(&q); QueuePush(&q, root); while (!QueueEmpty(&q)) { BTNode* front = QueueFront(&q); //遇到空时,需要队列的节点都为空,才是完全二叉树 if (front == NULL) { //检查队列节点是否都为NULL while (!QueueEmpty(&q)) { front = QueueFront(&q); if (front != NULL) { QueueDestroy(&q); return false; } QueuePop(&q); } break; } //父亲出队列 QueuePop(&q); //pop掉的只是指针的值,而不是所指空间 //孩子进队列 QueuePush(&q, front->left); QueuePush(&q, front->right); } QueueDestroy(&q); return true; }

二叉树基础练习 LeetCode965:单值二叉树
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题目给定
struct TreeNode { int val; struct TreeNode *left; struct TreeNode *right; }; bool isUnivalTree(struct TreeNode* root){}

思路:只需要比较所有节点个数是否相等,那就先把根和左孩子右孩子比较,然后就开始写代码不能再想了
bool isUnivalTree(struct TreeNode* root){ if(root == NULL) return true; //left不为空时 if (root->left && root->val != root->left->val) return false; //right不为空时 if (root->right && root->val != root->right->val) return false; return isUnivalTree(root->left) && isUnivalTree(root->right); }

LeetCode100 :相同的数
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题目给定
struct TreeNode { int val; struct TreeNode *left; struct TreeNode *right; }; bool isSameTree(struct TreeNode* p, struct TreeNode* q){}

思路:同样分别遍历两树,依次比较节点的val是否相同,只要有一个不相同就返回false
bool isSameTree(struct TreeNode* p, struct TreeNode* q){ //两树节点都为空时,返回true给上一层 if (p == NULL && q == NULL) return true; //如果只有一个为空表明不相同,返回false给上一层,出现了false那最后就会返回假了 if (p==NULL || q == NULL) return false; if (p->val != q->val) return false; return isSameTree(p->left,q->left)&&isSameTree(p->right,q->right); }

Leet101:对称二叉树
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结构
struct TreeNode { int val; struct TreeNode *left; struct TreeNode *right; };

思路:这道题就是求两数是否相同的变形,只不过这里是拿一棵树比较且是left和right比较,root的val为1时是那root->left的val和root->right的val比较,OK想到这里就直接写代码
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我们可以写一个子函数用来当做比较两树是否相同
bool _isSymmetric(struct TreeNode* root1, struct TreeNode* root2) { if (root1== NULL && root2 == NULL) return true; if (root1 == NULL || root2 == NULL) return false; if (root1->val != root2->val) return false; return _isSymmetric(root1->left, root2->right)&&_isSymmetric(root1->right,root2->left); } bool isSymmetric(struct TreeNode* root){ if (root == NULL) return true; return _isSymmetric(root->left, root->right); }

LeetCode572:另一棵树的子树
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题目给定
struct TreeNode { int val; struct TreeNode *left; struct TreeNode *right; }; bool isSubtree(struct TreeNode* root, struct TreeNode* subRoot){}

思路:这道题还是求两颗数是否相同的变形,大思路就是拿root的每一个子树都与subRoot比较两树是否相同,同样写一个子函数执行比较
bool isSameTree(struct TreeNode* p, struct TreeNode* q){ if (p == NULL && q == NULL) return true; if (p==NULL || q == NULL) return false; if (p->val != q->val) return false; return isSameTree(p->left,q->left)&&isSameTree(p->right,q->right); } //用root的每个子树都和subRoot比较 bool isSubtree(struct TreeNode* root, struct TreeNode* subRoot){ if (root == NULL) return false; if (isSameTree(root,subRoot)) return true; return isSubtree(root->left,subRoot) || isSubtree(root->right,subRoot); }

牛客KY11:二叉树遍历
这是一道IO型的题目需要自己写输入输出
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思路:由于输入的是先序遍历的字符串,也就是根->左子树->右子树,我们只需要按照这样的结构复原创建对应的二叉树即可,然后再中序遍历输出结果。所以需要定义CreteTree建树和InOrder函数中序遍历。ps:CreateTree函数会不断往下递推最后回归链接。当递归到最后一个#也就是空时,会返回上一层调用的函数,最后再返回root给main函数
#include #include typedef struct BTNode { struct BTNode* left; struct BTNode* right; char val; }BTNode; //建树 BTNode* CreateTree(char* str, int* pi) { if (str[*pi] == '#') { ++(*pi); return NULL; } BTNode* root=(BTNode*)malloc(sizeof(BTNode)); root->val=str[(*pi)++]; //根 root->left = CreateTree(str,pi); //左 root->right=CreateTree(str, pi); //右return root; } //中序遍历:左->根->右 void InOrder(BTNode* root) { if (root == NULL) return; InOrder(root->left); printf("%c ", root->val); InOrder(root->right); }int main() { //题目已经给出字符串长度不超过100,所以直接定义一个100个大小的数组 char arr[100]; scanf("%s", arr); int index=0; //index遍历数组 //这里需要传地址而不能传值,因为传值形参的改变不会影响实参,所以不会及时更新,需要传地址 BTNode* root = CreateTree(arr, &index); InOrder(root); return 0; }

递归展开图
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基础选择题 1.某完全二叉树按层次输出(同一层从左到右)的序列为 ABCDEFGH 。该完全二叉树的前序序列为
A ABDHECFG
B ABCDEFGH
C HDBEAFCG
D HDEBFGCA
正确答案:A。
层序遍历顺序为: ABCDEFGH ,根据排出法就可以pass掉BCD了
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2.二叉树的先序遍历和中序遍历如下:先序遍历:EFHIGJK; 中序遍历:HFIEJKG.则二叉树根结点为
A E
B F
C G
D H
正确答案:A
根据先序遍历:根->左子树->右子树,所以第一个就是根节点
3.设一课二叉树的中序遍历序列:BADCE,后序遍历序列:BDECA,则二叉树前序遍历序列为____。
A ADBCE
B DECAB
C DEBAC
D ABCDE
正确答案:D
根据后续遍历确定树的根节点A,根据中序遍历确定B为左子树,DCE为右子树,
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4.某二叉树的后序遍历序列与中序遍历序列相同,均为 ABCDEF ,则按层次输出(同一层从左到右)的序列为
A FEDCBA
B CBAFED
C DEFCBA
D ABCDEF
正确答案:A。根据中后序画出二叉树结构图
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二叉树遍历源码 BinaryTree.c
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include "Queue.h"typedef char BTDataType; typedef struct BinaryTreeNode { struct BinaryTreeNode* left; struct BinaryTreeNode* right; BTDataType val; }BTNode; BTNode* CreateNode(BTDataType x) { BTNode* newnode = (BTNode*)malloc(sizeof(BTNode)); newnode->left = newnode->right = NULL; newnode->val = x; return newnode; } BTNode* CreateBTree() { BTNode* nodeA = CreateNode('A'); BTNode* nodeB = CreateNode('B'); BTNode* nodeC = CreateNode('C'); BTNode* nodeD = CreateNode('D'); BTNode* nodeE = CreateNode('E'); BTNode* nodeF = CreateNode('F'); //BTNode* nodeG = CreateNode('G'); nodeA->left = nodeB; nodeA->right = nodeC; nodeB->left = nodeD; nodeC->left = nodeE; nodeC->right = nodeF; //nodeB->right = nodeG; return nodeA; } //前序遍历:根->左子树->右子树 void PreOrder(BTNode* root) { if (root == NULL) { printf("NULL "); return; } printf("%c ", root->val); PreOrder(root->left); PreOrder(root->right); } // 二叉树中序遍历 void InOrder(BTNode* root) { if (root == NULL) { printf("NULL "); return; } InOrder(root->left); printf("%c ", root->val); InOrder(root->right); } // 二叉树后序遍历 void PostOrder(BTNode* root) { if (root == NULL) { printf("NULL "); return; } PostOrder(root->left); PostOrder(root->right); printf("%c ", root->val); } // 层序遍历 void LevelOrder(BTNode* root) { if (root == NULL) return; Queue q; QueueInit(&q); QueuePush(&q, root); while (!QueueEmpty(&q)) { BTNode* front = QueueFront(&q); printf("%c ", front->val); //父亲出队列 QueuePop(&q); //pop掉的只是指针的值,而不是所指空间 //孩子进队列 if (front->left) QueuePush(&q, front->left); if (front->right) QueuePush(&q, front->right); } QueueDestroy(&q); } // 判断二叉树是否是完全二叉树--层序遍历思想 bool BTreeComplete(BTNode* root) { Queue q; QueueInit(&q); QueuePush(&q, root); while (!QueueEmpty(&q)) { BTNode* front = QueueFront(&q); //遇到空时,需要队列的节点都为空,才是完全二叉树 if (front == NULL) { while (!QueueEmpty(&q)) { front = QueueFront(&q); if (front != NULL) { QueueDestroy(&q); return false; } QueuePop(&q); } break; } //父亲出队列 QueuePop(&q); //pop掉的只是指针的值,而不是所指空间 //孩子进队列 QueuePush(&q, front->left); QueuePush(&q, front->right); } QueueDestroy(&q); return true; }//计算节点个数 int BTreeSize(BTNode* root) { if (root == NULL) return 0; return BTreeSize(root->left) + BTreeSize(root->right) + 1; } //计算叶子节点个数 int BTreeLeafSize(BTNode* root) { if (root == NULL) return 0; if (root->left == NULL && root->right == NULL) return 1; return BTreeLeafSize(root->left) + BTreeLeafSize(root->right); } // 二叉树第k层节点个数 int BTreeLevelKSize(BTNode* root, int k) { assert(k > 0); if (root == NULL) return 0; if (k == 1) return 1; return BTreeLevelKSize(root->left, k - 1) + BTreeLevelKSize(root->right, k - 1); } // 二叉树高度--后序思想 int BTreeHigh(BTNode* root) { if (root == NULL) return 0; int leftHigh = BTreeHigh(root->left); int rightHigh = BTreeHigh(root->right); return leftHigh > rightHigh ? leftHigh + 1 : rightHigh + 1; } // 二叉树查找值为x的节点--前序思想 BTNode* BTreeFind(BTNode* root, BTDataType x) { if (root == NULL) return NULL; if (root->val == x) return root; BTNode* left = BTreeFind(root->left, x); if (left) return left; BTNode* right = BTreeFind(root->right, x); if (right) return right; return NULL; } // 二叉树销毁--后序思想 void BinaryTreeDestory(BTNode* root) { if (root == NULL) return; BinaryTreeDestory(root->left); BinaryTreeDestory(root->right); free(root); } int main() { BTNode* root = CreateBTree(); printf("前序:"); PreOrder(root); printf("\n"); printf("中序:"); InOrder(root); printf("\n"); printf("后序:"); PostOrder(root); printf("\n"); printf("层序:"); LevelOrder(root); printf("\n"); printf("%d\n", BTreeComplete(root)); printf("BTreeSize=%d\n", BTreeSize(root)); printf("BTreeLeafSize=%d\n", BTreeLeafSize(root)); printf("BTreeLevelKSize=%d\n", BTreeLevelKSize(root, 3)); printf("BTreeHigh=%d\n", BTreeHigh(root)); BTNode* ret = BTreeFind(root, 'C'); if (ret != NULL) printf("找到了\n"); else printf("没找到\n"); BinaryTreeDestory(root); root = NULL; return 0; }

Queue.c
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include "Queue.h"void QueueInit(Queue* pq) { assert(pq); pq->head = pq->tail = NULL; }void QueuePush(Queue* pq, DataType x) { assert(pq); QueueNode* newnode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode)); newnode->data = https://www.it610.com/article/x; newnode->next = NULL; if (pq->head == NULL) pq->head = pq->tail = newnode; else { pq->tail->next = newnode; pq->tail = newnode; } }void QueueDestroy(Queue* pq) { assert(pq); QueueNode* cur = pq->head; while (cur) { QueueNode* next = cur->next; free(cur); cur = next; } }bool QueueEmpty(Queue* pq) { assert(pq); return pq->head == NULL; //队列为空返回true,不为空返回false }void QueuePop(Queue* pq) { assert(pq && !QueueEmpty(pq)); QueueNode* next = pq->head->next; free(pq->head); pq->head = next; if (pq->head == NULL) pq->tail = NULL; }DataType QueueFront(Queue* pq) { assert(pq && !QueueEmpty(pq)); return pq->head->data; }DataType QueueBack(Queue* pq) { assert(pq && !QueueEmpty(pq)); return pq->tail->data; }

Queue.h
#pragma once#include #include #include #include struct BinaryTreeNode; typedef struct BinaryTreeNode* DataType; typedef struct QueueNode { DataType data; struct QueueNode* next; }QueueNode; typedef struct Queue { struct QueueNode* head; //头指针 struct QueueNode* tail; //尾指针 }Queue; //队列初始化 void QueueInit(Queue* pq); //队列队尾插入 void QueuePush(Queue* pq, DataType x); //队列销毁 void QueueDestroy(Queue* pq); //队列队头删除 void QueuePop(Queue* pq); //判断队列是否为空 bool QueueEmpty(Queue* pq); //获取队列队头数据值 DataType QueueFront(Queue* pq); //获取队列队尾数据值 DataType QueueBack(Queue* pq);

以上就是二叉树的遍历以及基础练习了,学习二叉树一定要多画图,很多疑惑都会通过画图解决。希望我的文章对你有所帮助,欢迎点赞 ,评论,关注,??收藏
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