二叉樹算法引發的思考：指針參數傳遞、引用的陷阱

最近想熟悉一下基本的數據結構和算法，於是寫了一個二叉樹程序，功能很簡單，只有二叉樹的建立和遍歷。在這個過程中，卻發現了一些平時沒有注意到的細節問題，寫出來作為總結和大家分享。

 

待討論和遇到的細節問題如下：

（1）常見的定式思維：指針作為參數傳遞，是否就不需要再賦值，因為指針指向的值會同步更改，但是，你有考慮過，如果指針變量本身的值被更改了呢？怎么辦？

（2）比較不常用的用法，針對指針變量的引用，你用過嗎？

 

前提：

（1）筆者考慮到自己一直混淆使用C和C++，於是，打算這個簡單的算法程序采用純C來寫，因此使用的是C編譯器。

（2）關於C和C++的一些區別，筆者打算另外寫一些系列文章來總結分析。

（3）另外，因為是練習寫的程序，暫時還沒有添加內存釋放的方法。

程序的頭部定義以及通用的方法：

#include <stdio.h>
#include <malloc.h>

#define TRUE 1
#define FALSE -1

typedef char ElemType; 
typedef int BOOL;

typedef struct _BinaryTreeNode
{
ElemType elem;
struct _BinaryTreeNode* left;
struct _BinaryTreeNode* right;
}BinareTreeNode, *BiTree;

void PrintNode(ElemType elem)
{
printf("%c ", elem);
}

void PreOrderTraverse(BinareTreeNode* pNode, void(* Visit)(ElemType elem))
{
if (NULL != pNode)
{
Visit(pNode->elem);
PreOrderTraverse(pNode->left, PrintNode);
PreOrderTraverse(pNode->right, PrintNode);
}
}

筆者最初寫的程序如下：

void PreOrderCreateBinaryTree(BinareTreeNode* pNode)
{
ElemType elem;
scanf("%c", &elem);
if ('#' == elem)
{
pNode = NULL;
}
else
{
pNode = (BinareTreeNode*)malloc(sizeof(BinareTreeNode));
pNode->elem = elem;
PreOrderCreateBinaryTree(pNode->left);
PreOrderCreateBinaryTree(pNode->right);
}
}

int main()
{
BinareTreeNode* pHeadNode = NULL;
PreOrderCreateBinaryTree(pHeadNode);
PreOrderTraverse(pHeadNode, PrintNode);
return 0;
}

 

你能看出來問題在哪里嗎？先思考，不要急着往后看。

 

具體問題現象：

原本以為這樣寫是沒有問題的，實際上，main函數中的pHeadNode的值一直都是NULL，導致PreOrderTraverse時沒有任何值輸出。
輸入：ABD##E##C## 遍歷后輸出：無，原因是傳入的參數值pHeadNode為NULL。

 

具體問題分析：

為什么會這樣呢？

本文討論的第一個問題浮出水面：常見的定式思維：指針作為參數傳遞，是否就不需要再賦值？

分析：

雖然是指針傳遞，main函數中的pHeadNode，是一個指針變量，指針變量的值為空，不存在指向的值。

PreOrderCreateBinaryTree函數中的形參pNode卻是另一個指針變量，剛開始的時候其值由main函數中傳入，也是NULL，后來pNode經過malloc被重新賦值。

問題是，main函數中的pHeadNode有沒有被同步改變呢？不是說指針傳遞，值會一起改變嗎？

其實，這里犯了一個低級錯誤，就是說使用指針作為函數的參數，指針沒有被重新賦值的情況下，指針指向的值一定是會被同步更改的，但是如果指針作為一個變量，本身的值發生更改，那么參數源是不會發生改變的。

舉個例子：

（1）指針指向的值會被同步更改
void FuncChangeObj(int* pInt)
{
(*pInt)++;
}
(2)指針本身的變量值被更改，此后，此函數內的指針與源指針將指向不同的值，也不會發生同步更改
void FuncNoChangeObj(int* pInt)
{
pInt = (int*)malloc(sizeof(int));
*pInt = 10;
}

上例二叉樹程序先序遍歷不成功，就是因為先序創建二叉樹的時候，並沒有將二叉樹的根節點返回，導致pHeadNode一直為NULL。

那么，是不是說，上述程序其實創建二叉樹成功，只是沒有返回樹的根節點呢？不然，因為也是同樣的原因，導致這個二叉樹並沒有創建成功，各個樹節點之間並無關聯，全是孤立的節點。

 

具體問題解決之道：

如何修改呢？
給出答案如下：
方法一：函數返回指針，對源指針進行賦值

BinareTreeNode* PreOrderCreateBinaryTree(BinareTreeNode* pNode)
{
ElemType elem;
scanf("%c", &elem);
if ('#' == elem)
{
pNode = NULL;
}
else
{
pNode = (BinareTreeNode*)malloc(sizeof(BinareTreeNode));
pNode->elem = elem;
pNode->left = PreOrderCreateBinaryTree(pNode->left);
pNode->right = PreOrderCreateBinaryTree(pNode->right);
}
return pNode;
}

int main()
{
BinareTreeNode* pHeadNode = NULL;
pHeadNode = PreOrderCreateBinaryTree(pHeadNode);
PreOrderTraverse(pHeadNode, PrintNode);
return 0;
}

 

方法二：使用指針的引用進行傳值，即對指針變量本身進行引用，而不是指針變量值傳遞
注：本方法即是對第二個問題的闡釋，但是要要注意，此方法在C語言編譯器中是無法編譯成功過的，因為C語言中並不存在引用的概念。

void PreOrderCreateBiTree2(BiTree& T)
{
ElemType elem;
scanf("%c", &elem);
if ('#' == elem)
{
T = NULL;
}
else
{
T = (BinareTreeNode *)malloc(sizeof(BinareTreeNode));
T->elem = elem;
PreOrderCreateBiTree2(T->left);
PreOrderCreateBiTree2(T->right);
}
}

int main()
{
BiTree T = NULL;
PreOrderCreateBiTree2(T);
PreOrderTraverse(T, PrintNode);
return 0;
}