二叉树的序列化和反序列化

【说明】：

　　本文是左程云老师所著的《程序员面试代码指南》第三章中“二叉树的序列化和反序列化”这一题目的C++复现。

　　本文只包含问题描述、C++代码的实现以及简单的思路，不包含解析说明，具体的问题解析请参考原书。

　　感谢左程云老师的支持。

【题目】：

　　二叉树被记录成文件的过程叫作二叉树的序列化，通过文件内容重建原来二叉树的过程叫做二叉树的反序列化。给定一颗二叉树的头节点 head，并已知二叉树节点值的类型为32位整形。请设计一种二叉树序列化和反序列化的方案，并用代码实现。

 【思路】：

　　解法为先序遍历和层遍历两种。

【编译环境】：

　　CentOS6.7（x86_64）

　　gcc 4.4.7

 【实现及测试】：

　　声明代码：

/*
 *文件名：bt_serial.h
 *作者：
 *摘要：实现二叉树的序列化和反序列化
 */

#include <string>

using namespace std;

class Node
{
public:
    Node(int data)
    {
        value = data;
        left = NULL;
        right = NULL;
    }
public:
    int value;
    Node *left;
    Node *right;
};

string serialByPre(Node *root); //通过先序遍历序列化为字符串
Node* reconByPreString(string preStr); //将通过先序遍历序列化得到的的字符串反序列化

string serialByLevel(Node *root);    //按层遍历序列化
Node* reconByLevelString(string levelStr);//根据层遍历反序列化

　　实现及测试代码：

/*
 *文件名：bt_serial.cpp
 *作者：
 *摘要：二叉树序列化与反序列化的实现
 */
 

#include "bt_serial.h"
#include <queue>
#include <sstream>
#include <iostream>

//字符串转换为整形
int strToint(string &svalue)
{
    stringstream ss;
    ss << svalue;
    int ivalue;
    ss >> ivalue;
    return ivalue;
}

//整形转换为字符串
string intTostr(int &ivalue)
{
    stringstream ss;
    ss << ivalue;
    string svalue;
    ss >> svalue;
    return svalue;
}

string serialByPre(Node *root)
{
    if(NULL == root)
        return "#!";

    string svalue = intTostr(root->value);

    string res = svalue + "!";
    res += serialByPre(root->left);
    res += serialByPre(root->right);
    return res;
}

Node* reconPreOrder(queue<string> *q)
{
    string svalue = q->front();
    q->pop();
//    cout << svalue << endl;
    if("#" == svalue)
        return NULL;
    
    int ivalue = strToint(svalue);
    
    Node *root = new Node(ivalue);
    root->left=reconPreOrder(q);
    root->right=reconPreOrder(q);
    return root;
}

Node* reconByPreString(string preStr)
{
    size_t firPos = 0;
    size_t secPos = 0;
    queue<string>* q = new queue<string>;   //注意指针的使用
    
    secPos = preStr.find("!");
    while(secPos != string::npos)
    {
        q->push(preStr.substr(firPos, secPos - firPos));
        firPos = secPos + 1;
        secPos = preStr.find("!", firPos);
    }

    return reconPreOrder(q);
}

string serialByLevel(Node* root)
{
    if(NULL == root)    
        return "#!";
    
    string svalue = intTostr(root->value);
    
    string res = svalue + "!";
    queue<Node*> q;
    q.push(root);

    while(!q.empty())
    {
        root = q.front();
        q.pop();

        if(NULL != root->left)
        {
            svalue = intTostr(root->left->value);
            res += svalue + "!";
            q.push(root->left);
        }
        else
        {
            res += "#!";
        }
        
        if(NULL != root->right)
        {
            svalue = intTostr(root->right->value);
            res += svalue + "!";
            q.push(root->right);
        }
        else
        {
            res += "#!";
        }
    }
    return res;    
}

Node* generateNodeByString(string val)
{    
    if("#" == val)
        return NULL;
    
    return new Node(strToint(val));
}

Node* reconByLevelString(string levelStr)
{
    size_t firPos = 0;
    size_t secPos = levelStr.find("!");
    queue<string>* qStr = new queue<string>;   //注意指针的使用
    
    while(secPos != string::npos)
    {
        qStr->push(levelStr.substr(firPos, secPos - firPos));
    //    cout << qStr->back() << endl;
        firPos = secPos + 1;
        secPos = levelStr.find("!", firPos);
    }

       queue<Node*>* qNode = new queue<Node*>;   //注意指针的使用
    Node *root = generateNodeByString(qStr->front());
    qStr->pop();
    if (NULL != root)
        qNode->push(root);
    
    Node *node = NULL;
    while(!qNode->empty())
    {
        node = qNode->front();
        qNode->pop();

        if (NULL != node)
            cout << node->value << endl;
        else
            cout << "#" << endl;

        node->left = generateNodeByString(qStr->front());
        qStr->pop();
        node->right = generateNodeByString(qStr->front());
        qStr->pop();
        if(NULL != node->left)
            qNode->push(node->left);
        if(NULL != node->right)
            qNode->push(node->right);
    }    
    return root;
}


int main()
{
    string str = "12!3!#!#!#!";
    Node *root = reconByPreString(str);
    string str1 = serialByPre(root);
    cout << str1 << endl;

    root = reconByLevelString(str);
    str1 = serialByLevel(root);
    cout << str1 << endl;
    return 0;
}

说明：

　　由JAVA代码转到C++代码，像字符串类、队列类的在使用上的差距比较大。但是整体的思路还是左老师在书中所提出的。

　　

注：

　　转载请注明出处；

　　转载请注明源思路来自于左程云老师的《程序员代码面试指南》。