如何初始化嵌套结构的unique_ptr（例如，对于二叉树）

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， 编程面试要素建议：

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

我只是在学习C ++ 11功能，并且想知道初始化与特定结构相对应的二叉树的最便捷方法是什么。 我的用例是为特定的树编写单元测试。 例如，我要生成此树：

    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，那将是很好的。 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简洁，简洁，灵活的方式编写此类树初始化？

Answer 1

这是一个使用C ++ 14 make_unique的解决方案，其左子树和右子树的默认参数设置为nullptr ，以避免原始的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);
}

同时显示树的实时示例 。

更新 ：感谢@ Jarod42的评论，我将print_tree的签名print_tree为采用Node<T> const&这样它现在是const正确的，您不必在任何地方键入.get() 。 我还做了一个模板别名 node_ptr<T>以在实现中对unique_ptr<Node<T>>具有更简洁的表示。

Answer 2

感谢@Satus的评论，我得以提出一些（现在正在工作）帮助程序功能：

template <typename T>
unique_ptr<Node<T>> new_node(const T& data, 
                             unique_ptr<Node<T>> left = nullptr,
                             unique_ptr<Node<T>> right = nullptr) {
  return unique_ptr<Node<int>>(new Node<int>{data, move(left), move(right)});
}

这样可以构造一个像这样的树：

auto root =
  new_node(5,
    new_node(3,
      new_node(1),
      new_node(2)),
    new_node(4)
  );

我仍然不确定这是否是一个更有经验的C ++ 11程序员会做的事情，但是对我来说这是朝着正确方向迈出的一步。