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C++实现树的序列化与反序列化

2023-06-29 19:36:42 深夜i -- --

C++ 树序列化反序列化

树，作为数据结构中的经典之一，经常在不同的应用中被使用。在许多应用中，需要将树保存在文件中，以便在需要时进行还原和修改等操作。对于这类应用，树的序列化与反序列化是非常重要的过程。

C++是一种流行的编程语言，被广泛应用于计算机科学领域。在使用C++编程时，实现树的序列化与反序列化是一项必要的技能。本文将介绍如何使用C++实现基于二叉树的树的序列化与反序列化。

树的序列化是将树结构转换为一串字符串的过程。反之，树的反序列化是将字符串转换为树结构的过程。首先，我们来了解一下树的序列化过程。

树的序列化有多种方法，其中，基于二叉树的先序遍历是最常用的一种。先序遍历的顺序为：根节点、左子树、右子树。因此，我们可以依次遍历树的每个节点，并将其值保存到字符串中。在保存每个节点的值时，可以加上一些特定的字符来表示节点之间的关系。比如，在先序遍历中，我们可以使用‘#’表示空节点。

接下来，我们来看一下如何使用C++实现树的序列化。首先，我们需要定义一个二叉树的节点数据结构，同时，我们需要为这个节点类型定义一个输出运算符（“<<”），以便将其值打印到一个流中。代码如下：


struct TreeNode {
  int val;
  TreeNode* left;
  TreeNode* right;
  TreeNode(int x) : val(x), left(NULL), right(NULL) {}
};
std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const TreeNode* node) {
  if (node == NULL)
    os << "# ";
   else
    os << node->val << ' ';
    os << node->left;
    os << node->right;
  
  return os;
}

接下来，我们需要定义一个函数来实现树的序列化。该函数将递归遍历整个树，并将每个节点的值保存到一个字符串中。在遍历时，我们需要在每个节点后面加上一个‘#’字符，以表示该节点的子节点是否为空。代码如下：


std::string serialize(const TreeNode* root) {
  std::stringstream ss;
  ss << root;
  return ss.str();
}

以上代码使用C++的字符串流类stringstream来创建一个字符串流，并使用输出运算符将树的节点值写入该流中。最后，使用stringstream的str()方法获取最终的字符串。

下面，我们来介绍如何使用C++实现树的反序列化。与序列化过程相反，反序列化过程需要将一个字符串转换为一棵树。首先，我们需要定义一个递归函数来构建整棵树。具体方法是：首先读取字符串中的一个节点值，并判断该节点是否为空。如果该节点为空，则返回NULL；否则，我们将创建一个新的节点，并递归创建左右子树。


TreeNode* deserialize(std::stringstream& ss) {
  std::string str;
  ss>>str;
  if (str == "#")
    return NULL;
  
  TreeNode* node = new TreeNode(std::stoi(str));
  node->left = deserialize(ss);
  node->right = deserialize(ss);
  return node;
}

以上代码使用C++的字符串流类stringstream来读取字符串。在读取每个节点值时，我们首先检查该节点是否为空（即，字符串中是否为‘#’字符）。如果该节点为空，则返回NULL；否则，我们将创建一个新的节点，并递归创建左右子树。

最后，我们需要定义一个反序列化函数，该函数将递归调用deserialize函数，并返回创建的树的根节点。


TreeNode* deserialize(const std::string& data) {
  std::stringstream ss(data);
  return deserialize(ss);
}

以上代码使用C++的字符串流类stringstream来解析序列化后的字符串，并将其传递给deserialize递归函数。该函数返回根节点，即整个树结构。

综上所述，树的序列化与反序列化是一项非常重要的技能，它可以将树结构转化为字符串，便于数据的存储和传输。在C++中，我们可以使用上述方法实现基于二叉树的树的序列化与反序列化。通过本文的讲解，相信读者已经掌握了这一技能。

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