c++ - 如何初始化嵌套结构的 unique_ptr (例如二叉树)

Question

在现代 C++ 中，通常建议在处理二叉树时使用 unique_ptr 来明确子树的所有权。例如，Elements of Programming Interviews推荐:

template <typename T>
struct Node {
  T data;
  unique_ptr<Node<T>> left, right;
};

我刚刚学习C++11特性，我想知道初始化对应于某种结构的二叉树最方便的方法是什么。我的用例是为特定树编写单元测试。例如，我想生成这棵树:

    5
   / \
  3   4
 / \
1   2

下面的方法确实有效，但确实很麻烦:

// first attempt: temporary variables & high syntactic noise
unique_ptr<Node<int>> tmp_n1(new Node<int>{1, nullptr, nullptr});
unique_ptr<Node<int>> tmp_n2(new Node<int>{2, nullptr, nullptr});
unique_ptr<Node<int>> tmp_n3(new Node<int>{3, move(tmp_n1), move(tmp_n2)});
unique_ptr<Node<int>> tmp_n4(new Node<int>{4, nullptr, nullptr});
unique_ptr<Node<int>> root(new Node<int>{5, move(tmp_n3), move(tmp_n4)});

我希望实现的是摆脱临时变量，并在一个嵌套语句中初始化树。如果代码结构类似于树结构那就太好了。但是，以下尝试失败并出现“无法转换”错误:

// second attempt: nested, but still a lot of syntax noise
unique_ptr<Node<int>> root(new Node<int>{5,
  new unique_ptr<Node<int>>(new Node<int>{3,
    new unique_ptr<Node<int>>(new Node<int>{1, nullptr, nullptr}),
    new unique_ptr<Node<int>>(new Node<int>{2, nullptr, nullptr})
  }),
  new unique_ptr<Node<int>>(new Node<int>{4, nullptr, nullptr})
});

有什么想法如何以语法干净、简洁、灵活的方式编写这样的树初始化吗？

Answer 1

这是一个使用 C++14 make_unique 的解决方案默认参数设置为 nullptr对于左右子树，为了避免原始 new :

#include <iostream>
#include <memory>

template<class T>
struct Node;

template<class T>
using node_ptr = std::unique_ptr<Node<T>>;

template<class T>
struct Node 
{
    T data;
    node_ptr<T> left, right;

    Node(T const& value, node_ptr<T> lhs, node_ptr<T> rhs)
    :
        data(value), left(std::move(lhs)), right(std::move(rhs))
    {}
};

template<class T>
auto make_node(T const& value, node_ptr<T> lhs = nullptr, node_ptr<T> rhs = nullptr)
{
    return std::make_unique<Node<T>>(value, std::move(lhs), std::move(rhs));    
}

template<class T>
void print_tree(Node<T> const& node)
{
    std::cout << "{ ";
    std::cout << node.data;
    if (node.left) {
        std::cout << ", "; 
        print_tree(*(node.left));
    }
    if (node.right) {
        std::cout << ", "; 
        print_tree(*(node.right));
    }
    std::cout << " }";
}

int main()
{
    auto const root = make_node(
        5, 
        make_node(
            3, 
            make_node(1), 
            make_node(2)
        ), 
        make_node(4)
    );    
    print_tree(*root);
}

Live Example这也打印了树。

更新:感谢@Jarod42的评论，我更改了 print_tree 的签名采取Node<T> const&这样它现在是 const 正确的，您不必输入 .get()任何地方。我还制作了一个模板别名 node_ptr<T>为 unique_ptr<Node<T>> 提供更简洁的符号在实现中。