C ++：指向數據成員或特征的指針？

Question

我正在使用C ++中的一些二叉樹算法進行練習，並嘗試編寫盡可能通用的代碼。 特別是，我希望我的函數（算法）能夠對任何（當然在某種程度上）樹狀數據結構進行操作。

樹節點結構可能以不同的方式定義，例如：

struct binary_tree_node
{
    int data;
    struct binary_tree_node *left;
    struct binary_tree_node *right;
};

或像這樣：

struct binary_tree_node2
{
    long key;
    struct binary_tree_node2 *first_child;
    struct binary_tree_node2 *second_child;
};

或其他方式，但與該模式非常相似。 因此，我希望我的函數/算法能夠使用這些或類似數據結構中的任何一個。

例如，這是我定義一個簡單函數的方式：

template <typename TreeNode, typename DataType = typename TreeNode::data_type>
TreeNode*
binary_tree_new_node(DataType value = DataType(),
                     DataType  TreeNode::* data  = &TreeNode::data,
                     TreeNode* TreeNode::* left  = &TreeNode::left,
                     TreeNode* TreeNode::* right = &TreeNode::right)
{
    TreeNode *newnode = new TreeNode();
    newnode->*data  = value;
    newnode->*left  = nullptr;
    newnode->*right = nullptr;
    return newnode;
}

因此，可以將函數與您選擇的任何合適的樹節點類型一起使用。 如果數據成員具有不同的名稱（不是data ， left和right ），則可以調用該函數並將指針傳遞給相應的數據成員。 這樣，函數就不依賴於（或至少可以自行調整）輸入類型的數據成員的命名方式。

到目前為止，它運行良好，但是隨着我實現越來越多的功能，我已經厭倦了這些指向數據成員的指針參數，這些參數必須作為函數的可選參數列出。 那么有沒有更好的方法來解決這個問題？ 也許是某種特質？ 還是其他方式？

我想盡可能減少對輸入類型的要求。 例如，不應僅強制客戶端程序定義樹節點類型以外的任何內容。 也不應強迫它使用/派生自任何提供的類型或模板。 當然，客戶端程序可能會重復使用某些提供的模板，例如以下我也定義的模板，但實際上不應強行使用。

template<typename T>
struct binary_tree_node
{
    using data_type = T;
    data_type data;
    struct binary_tree_node *left;
    struct binary_tree_node *right;
};

這里有哪些可用選項？ 有什么意義嗎？ :)

提前致謝

Answer 1

STL集合庫的工作方式是，樹庫的作者將提供節點類，以便模板的所有用戶需要做的就是提供數據。 您似乎想要的另一個選擇是侵入性數據結構（這對Google來說是個好主意）。 對於這些，您有兩種選擇，第一個是要求數據成員為left，right和data。 其次，需要使用具有特定名稱的訪問功能，以便模板可以找到它們。 第三個要求將函子作為模板參數傳遞，因此您可以使用函子來查找所需的數據。 我個人認為STL方式最不混亂，其次是仿函數方法。

Answer 2

為了使您的算法盡可能通用，我建議使用仿函數。 您的binary_tree_new_node看起來像

template<typename G, typename L, typename R, typename AT, typename AD, typename D>
auto binary_tree_new_node(
    G generator,
    L left,
    R right,
    AT assign_tree,
    AD assign_data,
    D data) ->decltype( generator() )
{
    auto  tree = generator();
    auto& l    = left(tree);
    auto& r    = right(tree);
    assign_data(tree, data);
    assign_tree(l, nullptr);
    assign_tree(r, nullptr);
    return tree;
}

對於您的binary_tree_node，函子將如下所示：

// WARNING!!! Very dangerous code!!!

binary_tree_node* generator()
{
    return new binary_tree_node;
}

binary_tree_node*& left(binary_tree_node* tree)
{
    return tree->left;
}

binary_tree_node*& right(binary_tree_node* tree)
{
    return tree->right;
}

void assign_data(binary_tree_node* node, int data)
{
    node->data = data;
}

void assign_tree(binary_tree_node*& node, binary_tree_node* data)
{
    node = data;
}