c++ - 在不浪费内存的情况下扩充数据结构

Question

我有一个类Tree我想将其扩充为更专业的数据结构，例如 Order_tree和 Interval_tree .这些扩充需要添加到 Node ，例如大小信息，以及对某些算法的微小改动。

我想知道在性能、可读性和可维护性方面用 C++ 实现扩充的最佳方法。不应以多态方式使用树。到目前为止我尝试的是公开继承 Tree ，然后重载基本方法。 (很抱歉我是面向对象编程的初学者)

template <typename T>
class Tree {
protected:
    enum class Color : char {BLACK = 0, RED = 1};

    struct Node {
        T key;
        Node *parent, *left, *right;
        Color color;
        Node() : color{Color::BLACK} {} // sentinel construction
        Node(T val, Color col = Color::RED) : key{val}, parent{nil}, left{nil}, right{nil}, color{col} {}
    };
    using NP = typename Tree::Node*;

    NP root {nil};
    // nil sentinel
    static NP nil;

    // core utility algorithms...

};

template <typename T>
typename Tree<T>::NP Tree<T>::nil {new Node{}};

订单树

template <typename T>
class Order_tree : public Tree<T> {
    using Color = typename Tree<T>::Color;
    using Tree<T>::Tree;    // inherit constructors
    struct Order_node {
        T key;
        Order_node *parent, *left, *right;
        size_t size;    // # of descendent nodes including itself = left->size + right->size + 1
        Color color;
        Order_node() : size{0}, color{Color::BLACK} {}  // sentinel construction
        Order_node(T val, Color col = Color::RED) : key{val}, parent{nil}, left{nil}, right{nil}, size{1}, color{col} {}
    };
    using NP = typename Order_tree::Order_node*;
    NP root {nil};
    static NP nil;

    // overloading on only the methods that need changing
};

template <typename T>
typename Order_tree<T>::NP Order_tree<T>::nil {new Order_node{}};

但是，这并不正常，因为现在我有 2 个根和 2 个 nils，所有基本方法都在基本根上工作，并且使用 Tree<T>::NP。而不是 Order_tree::NP所以 Order_node不能使用的大小属性。

一种方法是复制粘贴代码，这是非常难以维护的。我认为另一种方法是在 T 和 NP 上模板化树，这样 Order_tree是一个别名 using Order_tree = Tree<Order_node>并在节点上专门化树。

Answer 1

如果您真的对拥有“所有树的通用树”感兴趣，那么问题似乎不在树中，而在 Node 中。您需要节点的一些特殊情况，那么为什么不将它们也泛化呢？例如:

 template <typename T>
class Tree {
protected:
    struct BaseNode {
    //all code you really can generalize here 
    };

    struct Node : public BaseNode {
    //You need Node here only if you want your base Tree class to be ready to use.
    //If you want to use only its derives such as Order_tree,
    //you create special nodes kinds only there
    };

    // core utility algorithms...

BaseNode * root; //Only one root node, there is no need in duplication! 
                 //You can instantiate it as root = new OrderTreeNode or root = new SpecialTreeNode in any derives.

};

但是调用 Node 虚函数的代价是相当大的。因此，您需要清楚地了解 - 您是需要泛化而不是重复代码，还是需要性能。