二叉树的单行输出运算符

Question

我用 C++ 编写了一个简单的二叉树类，并想向它添加一个输出运算符。我的第一次尝试是：

ostream& operator<<(ostream& out, const Tree& tree) {
    out << tree.myData;
    if (tree.myLeft)
        out << "(" << (*tree.myLeft)  << ")";
    if (tree.myRight)
        out << "[" << (*tree.myRight)  << "]";
    return out;
}

（其中 myLeft 和 myRight 分别是指向当前树的左右子节点的指针）。这可以正常工作，但是它不够酷，因为它跨越了几行并且需要多次写入“out

为了尝试创建一个单行运算符，我写了这个：

ostream& operator<<(ostream& out, const Tree& tree) {
    return (out << tree.myData
        << "(" << (tree.myLeft? *tree.myLeft: "")  << ")"
        << "[" << (tree.myRight? *tree.myRight: "") << "]");
}

但是，这会产生错误：

不兼容的操作数类型（'Tree' 和 'const char [1]'）

所以我尝试了这个：

ostream& operator<<(ostream& out, const Tree& tree) {
    return (&tree?
        out << tree.myData
            << "(" << *(tree.myLeft)  << ")"
            << "[" << *(tree.myRight) << "]":
        out);
}

这适用于我的计算机，但会生成一条警告，暗示这是未定义的行为：

在定义良好的 C++ 代码中，引用不能绑定到取消引用的空指针；可以假定指针总是转换为真 [-Wundefined-bool-conversion]

问题：有没有办法在一个简单的语句中编写这个输出运算符？

Answer 1

一个简单而优雅的解决方案是重新设计您的树以在没有空指针的情况下工作。相反，将当前使用的空指针替换为指向具有与空树一致的行为的哨兵树节点的指针。

然后你可以重写你的输出流操作符如下：

ostream& operator<<(ostream& out, const Tree& tree) {
    if (&tree == &Tree::NULL_TREE_SENTINEL) return out;
    return out << tree.myData
        << "(" << *tree.myLeft  << ")"
        << "[" << *tree.myRight << "]";
}

（假设Tree 内部有一个对应的静态成员，标记是指向该成员的指针，就像单例一样。）

或者，哨兵树节点可以是具有这种行为的Tree 的子类的实例。这有时被称为null object pattern。但是，它需要动态调度（即通过虚拟成员函数的运行时多态性）才能工作。

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除此之外，您并不能完全正确地诊断出第二个代码的问题：

这适用于我的电脑

它看起来可以工作，但实际上并没有。我不知道在什么情况下该代码实际上会做一些讨厌的事情。但为了清楚起见，由于子表达式*(tree.myLeft) 和*(tree.myRight)，您的代码是非法的：这些表达式正在取消引用空指针，这绝不是合法的。您收到的关于 &tree 测试的警告消息只是先前错误的症状。