用c语言实现——一个交互式的中序线索二叉树系统，支持用户动态构建、线索化、遍历和查询功能

知识补充：什么是中序线索化

                          中序遍历是什么

一、代码解释

1.结构体定义

Node 结构体：
成员说明：
int data：存储节点的数据值。
struct Node* lchild：该节点的左孩子

struct Node* rchild：该节点的右孩子。
int ltag 和 int rtag：用于标记左孩子和右孩子指针的性质，0 表示指向真正的子节点，1 表示指向该节点在中序遍历中的前驱或后继节点。 

作用：表示二叉树中的一个节点。

QueueNode 结构体：
成员说明：
Node* treeNode：存储一个二叉树节点的指针。
struct QueueNode* next：指向队列中下一个元素。

作用：用于构建队列，辅助层次构建二叉树。

Queue 结构体：
成员说明：
QueueNode* front：指向队列的头部。
QueueNode* rear：指向队列的尾部。

作用：表示一个队列。

 

2.队列操作函数createQueue

createQueue 函数：
使用 malloc 分配内存以存储 Queue 结构体。
检查分配内存是否成功，若失败则调用 exit(1) 终止程序。
初始化队列的 头front 和 尾rear 指针为 NULL，表示队列为空。
返回指向新创建队列的指针。 

作用：创建一个新的空队列。

3.队列的入队操作enqueue

enqueue 函数
参数：
Queue* q：指向队列的指针。
Node* treeNode：指向要插入队列的二叉树节点的指针。

动态分配内存以存储一个新的队列节点。

 检查内存分配是否成功，若失败则直接返回，不进行后续操作。

 

将传入的二叉树节点的地址赋值给新队列节点的 treeNode 成员，建立关联。

初始化新队列节点的 next 指针为 NULL，表示其后没有其他节点。

判断队列是否为空（即尾指针 rear 是否为 NULL），若是空队列，则将新节点同时作为队头和队尾。

若队列不为空，则将原队尾节点的 next 指针指向新节点，并更新队尾指针为新节点。 

作用：将一个二叉树节点插入到队列中。

4.队列的出队操作dequeue

dequeue 函数
参数：Queue* q，指向队列的指针。

作用：从队列中移除并返回队头的二叉树节点。

 

检查队列是否为空，若为空则返回 NULL，表示没有节点可以出队。

将队头节点保存到临时指针 temp 中，以便后续释放内存。

获取队头节点所关联的二叉树节点，并保存到 treeNode 中，这是要返回的结果。

将队头指针移动到下一个节点，实现队头的前进。

检查队列是否变为空，若变为空则将队尾指针也设置为 NULL。

释放之前保存的队头节点所占用的内存，避免内存泄漏。

返回出队的二叉树节点。

5.判断队列是否为空函数isEmpty

isEmpty 函数
参数：Queue* q，指向队列的指针。
返回值：如果队列为空，返回非零值（真）；否则返回 0（假）。
实现：通过检查队列的 front 指针是否为 NULL 来判断队列是否为空。在队列的链式存储结构中，当 front 指针为 NULL 时，表示队列中没有任何节点，即队列为空。

作用：判断队列是否为空。

6.释放队列函数freeQueue

freeQueue 函数
参数：Queue* q，指向要释放的队列的指针。

作用：释放队列及其包含的所有节点所占用的内存。

while (!isEmpty(q))：使用一个循环，只要队列不为空就持续执行。
在循环体内调用 出队dequeue(q) 函数，不断移除队列中的节点并释放每个节点的内存。
这个过程会一直持续到队列被完全清空为止。
free(q)：在队列为空后，释放队列本身的内存空间。

 7.创建中序线索二叉树createInThreadedTree

createInThreadedTree 函数
作用：对整个二叉树进行中序线索化。
参数：Node* root，指向二叉树的根节点。

①创建一个指针变量 pre，初始化为 NULL。这个变量将用于记录中序遍历过程中的前一个节点。

②调用中序线索化函数 inThreading，从根节点开始对整个二叉树进行中序线索化，并传入 pre 的地址，以便在递归过程中能够记录和更新前驱节点

8.二叉树节点创建createNode

createNode 函数
作用：创建一个新的二叉树节点。
参数：int data，表示要存储在新节点中的数据值。
返回值：返回指向新创建的二叉树节点的指针。如果内存分配失败，则返回 NULL。

①使用 malloc 函数动态分配内存，为新的二叉树节点分配足够的空间。sizeof(Node) 计算出 Node 结构体的大小。

②检查内存分配是否成功。如果 newNode 为 NULL，表示内存分配失败，程序调用 exit(1) 终止执行。

③将传入的 data 值赋给新节点的 data 成员。

④初始化新节点的左右孩子指针为 NULL，表示该节点目前没有子节点。

⑤初始化新节点的左右标签为 0，表示左右指针目前指向的是实际的子节点（尽管此时子节点还未创建）。

⑥返回指向新创建节点的指针。

9.中序线索化操作inThreading

inThreading 函数
作用：对二叉树进行中序线索化。
参数：
Node* root：指向当前要线索化的节点。
Node** pre：指向一个指针变量，该变量保存了中序遍历过程中上一个访问的节点。

①如果当前节点为空，直接返回。因为空节点无需线索化。

②递归对当前节点的左子树进行中序线索化。这一步符合中序遍历的顺序，先处理左子树。

③如果当前节点没有左孩子，则将当前节点的左指针指向中序遍历中的前驱节点（即 pre 指向的节点），并将左标签 ltag 设置为 1，表示这个左指针是线索而不是指向实际的左孩子。

④如果前驱节点存在且前驱节点没有右孩子，则将前驱节点的右指针指向当前节点，并将前驱节点的右标签 rtag 设置为 1，表示这个右指针是线索而不是指向实际的右孩子。

⑤更新 pre 指针，使其指向当前节点，表示当前节点已经成为下一个节点的前驱。

⑥递归对当前节点的右子树进行中序线索化。这一步符合中序遍历的顺序，在处理完左子树和当前节点后，最后处理右子树。

10.查找前驱和后继节点操作findPredecessor&findSuccessor

findPredecessor 函数
作用：找到指定节点在中序遍历下的前驱节点。
参数：Node* node，指向要查找前驱的节点。

返回值：返回指向中序前驱节点的指针。如果没有前驱，则返回 NULL。

findSuccessor 函数
作用：找到指定节点在中序遍历下的后继节点。
参数：Node* node，指向要查找后继的节点。
返回值：返回指向中序后继节点的指针。如果没有后继，则返回 NULL。

findPre：

①如果节点的左标签为1，说明其左指针是指向前驱的线索，直接返回该左指针。

②如果左标签不是1，则从该节点的左孩子开始查找。

③沿着左孩子的右子树一直向下寻找，直到找到一个右标签为1的节点或者无法继续。

④返回找到的前驱节点。

findSuc：

①如果节点的右标签为1，说明其右指针指向后继的线索，直接返回该右指针。

②如果右标签不是1，则从该节点的右孩子开始查找。

③沿着右孩子的左子树一直向下寻找，直到找到一个左标签为1的节点或者无法继续。

④返回找到的后继节点。

11. 中序遍历printInOrderSequece

printInOrderSequence 函数
作用：中序遍历线索二叉树并打印节点数据。
参数：Node* root，指向二叉树的根节点。

①如果根节点为空，直接返回，结束函数执行。

②创建一个指针变量 current，初始化为根节点，用于遍历树。

③将 current 移动到最左节点。因为线索二叉树的最左节点是中序遍历的第一个节点。

④开始主循环，循环条件是 current 不为 NULL。

⑤打印当前节点的数据。

⑥如果当前节点的右标签为1，说明右指针是指向后继的线索。

⑦移动 current 到后继节点。

⑧如果右标签不是1，说明右指针指向实际的右孩子。

⑨移动 current 到右孩子。

⑩将 current 移动到其右子树的最左节点，这是为了找到下一个中序遍历的节点。

12.查询前驱和后继节点findNodeByValue

findNodeByValue 函数
作用：在中序线索二叉树中查找具有指定值的节点。
参数：
Node* root：指向二叉树的根节点。
int value：要查找的值。
返回值：如果找到具有指定值的节点，返回指向该节点的指针；否则返回 NULL。

①如果根节点为空，直接返回 NULL，因为空树中不存在任何节点。

②创建一个指针变量 current，初始化为根节点，用于遍历树。

③用while循环将 current 移动到树的最左节点。这一步确保从树的中序遍历的起始位置开始查找。

④开始主循环，循环条件是 current 不为 NULL。

⑤检查当前节点的数据是否等于要查找的值。如果是，直接返回当前节点指针。

⑥如果当前节点的右标签为1，说明右指针是指向中序后继的线索。

     移动 current 到后继节点。

⑦ 如果右标签不是1，说明右指针指向实际的右孩子。

     移动 current 到右孩子。

     将 current 移动到其右子树的最左节点，以便继续中序遍历。

⑧如果循环结束后仍未找到匹配的节点，返回 NULL。

13.安全释放二叉树freeTree

freeTree 函数
作用：递归释放二叉树中所有节点所占用的内存，防止内存泄漏。
参数：Node* root，指向二叉树的根节点。

①如果根节点为空，直接返回。因为空树无需释放内存。

②如果当前节点的左标签为0，说明左指针指向实际的左孩子节点，递归释放左子树的内存。

③如果当前节点的右标签为0，说明右指针指向实际的右孩子节点，递归释放右子树的内存。 

④释放当前节点的内存。

14.用户输入二叉树操作bulidTreeFromInput

buildTreeFromInput 函数
作用：根据用户输入构建二叉树。
返回值：返回指向构建好的二叉树根节点的指针。如果用户输入-1，则返回 NULL，表示不构建树。

①声明一个整型变量 value，用于存储用户输入的节点值。

    提示用户输入根节点的值。

②读取用户输入。如果输入失败或者用户输入-1，则返回 NULL，表示不构建树。

③创建根节点。

   创建一个队列，用于辅助构建树。

   将根节点入队。

④当队列不为空时，循环执行以下操作：

    取出队列中的节点。

    提示用户输入当前节点左子节点的值。

    读取用户输入。

    如果输入的值不是-1，则创建左子节点，并将其入队。

    提示用户输入当前节点右子节点的值。

    读取用户输入。

    如果输入的值不是-1，则创建右子节点，并将其入队。

⑤释放队列资源。

⑥返回根节点指针。

15.主函数逻辑

1.循环构建和处理二叉树：使用 while (1) 创建一个无限循环，允许用户反复构建和处理二叉树，直到用户选择结束程序。

2.打印菜单：通过 printf 输出菜单信息，提示用户当前操作是中序线索二叉树操作。

3.构建二叉树：

调用 buildTreeFromInput 函数根据用户输入构建二叉树。
如果用户输入-1，表示不构建树，则打印“程序结束。”并退出循环。

4.线索化二叉树：

调用 createInThreadedTree 函数对构建好的二叉树进行中序线索化。

5.中序遍历并打印：

打印提示信息“中序遍历结果：”。
调用 printInOrderSequence 函数进行中序遍历并打印结果。

6.查询节点：

使用嵌套的 while (1) 循环，反复提示用户输入要查询的节点值。
如果用户输入-1，退出查询循环。
调用 findNodeByValue 函数查找指定值的节点。
如果找不到节点，打印提示信息并跳过本次循环。
调用 findPredecessor 和 findSuccessor 函数查找节点的前驱和后继。
打印前驱和后继的信息，使用三元运算符处理空节点的情况，使其显示为“无”。

7.释放内存：

调用 freeTree 函数释放二叉树占用的内存。
打印提示信息，告知用户内存已释放，准备新一轮输入。

8.结束程序

二、完整代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>typedef struct Node 
{int data;struct Node* lchild;struct Node* rchild;int ltag;int rtag;
} Node;// 队列结构用于层次构建二叉树
typedef struct QueueNode 
{Node* treeNode;struct QueueNode* next;
} QueueNode;typedef struct Queue
{QueueNode* front;QueueNode* rear;
} Queue;// 队列操作函数
Queue* createQueue()
{Queue* q = (Queue*)malloc(sizeof(Queue));if (q == NULL){exit(1);}q->front = q->rear = NULL;return q;
}void enqueue(Queue* q, Node* treeNode) 
{QueueNode* newNode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));if (newNode == NULL){return;}newNode->treeNode = treeNode;newNode->next = NULL;if (q->rear == NULL){q->front = q->rear = newNode;}else{q->rear->next = newNode;q->rear = newNode;}
}Node* dequeue(Queue* q)
{if (q->front == NULL) return NULL;QueueNode* temp = q->front;Node* treeNode = temp->treeNode;q->front = q->front->next;if (q->front == NULL)q->rear = NULL;free(temp);return treeNode;
}int isEmpty(Queue* q) 
{return q->front == NULL;
}void freeQueue(Queue* q)
{while (!isEmpty(q)) {dequeue(q);}free(q);
}// 二叉树节点创建
Node* createNode(int data) 
{Node* newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node));if (newNode == NULL){exit(1);}newNode->data = data;newNode->lchild = newNode->rchild = NULL;newNode->ltag = newNode->rtag = 0;return newNode;
}// 中序线索化
void inThreading(Node* root, Node** pre)
{if (!root)return;inThreading(root->lchild, pre);if (!root->lchild) {root->lchild = *pre;root->ltag = 1;}if (*pre && !(*pre)->rchild) {(*pre)->rchild = root;(*pre)->rtag = 1;}*pre = root;inThreading(root->rchild, pre);
}void createInThreadedTree(Node* root) 
{Node* pre = NULL;inThreading(root, &pre);
}// 查找前驱和后继
Node* findPredecessor(Node* node) 
{if (node->ltag == 1) return node->lchild;Node* p = node->lchild;while (p && p->rtag == 0) p = p->rchild;return p;
}Node* findSuccessor(Node* node) 
{if (node->rtag == 1)return node->rchild;Node* p = node->rchild;while (p && p->ltag == 0) p = p->lchild;return p;
}// 中序遍历线索二叉树
void printInOrderSequence(Node* root)
{if (!root) return;Node* current = root;while (current->ltag == 0) current = current->lchild;while (current){printf("%d ", current->data);if (current->rtag == 1) {current = current->rchild;}else {current = current->rchild;while (current && current->ltag == 0) {current = current->lchild;}}}
}// 通过值查找节点
Node* findNodeByValue(Node* root, int value) 
{if (!root)return NULL;Node* current = root;while (current->ltag == 0)current = current->lchild;while (current) {if (current->data == value) return current;if (current->rtag == 1){current = current->rchild;}else {current = current->rchild;while (current && current->ltag == 0) {current = current->lchild;}}}return NULL;
}// 安全释放二叉树
void freeTree(Node* root)
{if (!root) return;if (root->ltag == 0)freeTree(root->lchild);if (root->rtag == 0)freeTree(root->rchild);free(root);
}// 用户输入构建二叉树
Node* buildTreeFromInput()
{int value;printf("输入根节点值（-1结束）: ");if (scanf_s("%d", &value) != 1 || value == -1)return NULL;Node* root = createNode(value);Queue* q = createQueue();enqueue(q, root);while (!isEmpty(q)) {Node* current = dequeue(q);printf("输入节点%d的左子节点（-1为空）: ", current->data);scanf_s("%d", &value);if (value != -1) {current->lchild = createNode(value);enqueue(q, current->lchild);}printf("输入节点%d的右子节点（-1为空）: ", current->data);scanf_s("%d", &value);if (value != -1){current->rchild = createNode(value);enqueue(q, current->rchild);}}freeQueue(q);return root;
}int main()
{while (1){printf("\n===== 中序线索二叉树操作 =====\n");Node* root = buildTreeFromInput();if (!root) {printf("程序结束。\n");break;}createInThreadedTree(root);printf("中序遍历结果: ");printInOrderSequence(root);printf("\n");int query;while (1){printf("\n输入要查询的节点值（-1返回）: ");scanf_s("%d", &query);if (query == -1)break;Node* target = findNodeByValue(root, query);if (!target) {printf("节点%d不存在！\n", query);continue;}Node* pred = findPredecessor(target);Node* succ = findSuccessor(target);printf("前驱: %s\t后继: %s\n",pred ? itoa(pred->data, (char[]) { 0 }, 10) : "无",succ ? itoa(succ->data, (char[]) { 0 }, 10) : "无");}freeTree(root);printf("内存已释放，准备新一轮输入...\n");}return 0;
}

该代码用c语言实现的——一个完整的中序线索二叉树工具，支持用户动态构建、线索化、遍历和查询功能，适合教学演示或需要快速查找前驱/后继节点的场景。数据结构！！！