基于Qt實(shí)現(xiàn)的自定義樹結(jié)構(gòu)容器

更新時(shí)間：2024年12月02日 11:27:32 作者：極客晨風(fēng)

在Qt框架中,盡管其提供了許多強(qiáng)大的容器類,但缺少一個(gè)通用的、靈活的樹結(jié)構(gòu)容器,所以本文將設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)可復(fù)用的自定義樹結(jié)構(gòu)容器,需要的可以參考下

在Qt框架中，盡管其提供了許多強(qiáng)大的容器類（如 QList, QMap, QTreeWidget 等），但缺少一個(gè)通用的、靈活的樹結(jié)構(gòu)容器，直接支持多層級數(shù)據(jù)管理。為了滿足這些需求，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)可復(fù)用的自定義樹結(jié)構(gòu)容器，并討論其在不同項(xiàng)目中的應(yīng)用。

1. 背景與動(dòng)機(jī)

樹結(jié)構(gòu)在軟件開發(fā)中是常見的數(shù)據(jù)組織形式，常用于以下場景：

多層級文件管理器：文件夾與文件的樹形展示。
層次化關(guān)系管理：如公司組織結(jié)構(gòu)、任務(wù)依賴關(guān)系。
數(shù)據(jù)處理與分類：如屬性分類、規(guī)則樹等。

然而，Qt 中缺少直接的樹結(jié)構(gòu)容器（QTreeWidget 是 UI 組件，QAbstractItemModel 偏向于數(shù)據(jù)視圖）。因此，我們實(shí)現(xiàn)了一個(gè)靈活、可擴(kuò)展的通用樹結(jié)構(gòu)容器，支持：

動(dòng)態(tài)添加和刪除節(jié)點(diǎn)。
為節(jié)點(diǎn)附加數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)篩選與查找。
清晰的樹形結(jié)構(gòu)打印與調(diào)試。

2. 核心設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 類設(shè)計(jì)概覽

該樹容器包含兩個(gè)核心類：

TreeNode：

表示樹的單個(gè)節(jié)點(diǎn)。
包括節(jié)點(diǎn)名稱、父節(jié)點(diǎn)指針、子節(jié)點(diǎn)列表、節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)。
支持節(jié)點(diǎn)添加、刪除、數(shù)據(jù)設(shè)置與清除等基本操作。

Tree：

管理整個(gè)樹的邏輯。
提供全局的節(jié)點(diǎn)操作接口，如添加、刪除節(jié)點(diǎn)，篩選節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，打印樹結(jié)構(gòu)等。

2.2 TreeNode 類實(shí)現(xiàn)

TreeNode 是樹結(jié)構(gòu)的核心，負(fù)責(zé)管理節(jié)點(diǎn)的層次關(guān)系和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。以下是其關(guān)鍵代碼邏輯：

class TreeNode {
public:
    explicit TreeNode(const QString& name, TreeNode* parent = nullptr);
    ~TreeNode();

    // 添加子節(jié)點(diǎn)
    TreeNode* addChild(const QString& name);

    // 移除子節(jié)點(diǎn)
    bool removeChild(TreeNode* child);

    // 設(shè)置與清除節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)
    void setData(const QVariant& data);
    void clearData();

    // 獲取節(jié)點(diǎn)信息
    QVariant getData() const;
    const QList<TreeNode*>& getChildren() const;
    QString getName() const;
    TreeNode* getParent() const;
};

主要功能：

addChild 和 removeChild 實(shí)現(xiàn)樹的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)調(diào)整。
setData 和 clearData 支持靈活的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)管理。
提供對父子關(guān)系和數(shù)據(jù)的訪問接口。

2.3 Tree 類實(shí)現(xiàn)

Tree 是一個(gè)樹容器的管理類。其設(shè)計(jì)目標(biāo)是：

提供用戶友好的接口，隱藏樹節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部操作。
支持全局的增刪改查功能。

以下是 Tree 類的部分接口說明：

class Tree {
public:
    Tree();
    ~Tree();

    // 節(jié)點(diǎn)操作
    TreeNode* addNode(TreeNode* parent, const QString& name);
    bool removeNode(TreeNode* node);

    // 數(shù)據(jù)操作
    void setNodeData(TreeNode* node, const QVariant& data);
    QVariant getNodeData(TreeNode* node) const;
    void clearNodeData(TreeNode* node);

    // 數(shù)據(jù)篩選與樹形打印
    QList<TreeNode*> filterNodes(const QString& keyword) const;
    void printTree() const;
};

主要功能：

addNode：動(dòng)態(tài)添加節(jié)點(diǎn)，支持將節(jié)點(diǎn)默認(rèn)添加到根節(jié)點(diǎn)。
ilterNodes：通過關(guān)鍵字查找包含特定數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)。
printTree：以層級縮進(jìn)格式打印樹的結(jié)構(gòu)，便于調(diào)試。

2.4 調(diào)用示例

以下是使用 Tree 和 TreeNode 的示例代碼：

int main(int argc, char* argv[]) {
    QCoreApplication a(argc, argv);

    // 創(chuàng)建樹容器
    Tree tree;

    // 添加節(jié)點(diǎn)
    TreeNode* root = tree.addNode(nullptr, tc("根節(jié)點(diǎn)"));
    TreeNode* nodeA = tree.addNode(root, tc("節(jié)點(diǎn)A"));
    TreeNode* nodeB = tree.addNode(root, tc("節(jié)點(diǎn)B"));
    TreeNode* nodeC = tree.addNode(nodeA, tc("節(jié)點(diǎn)C"));

    // 設(shè)置節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)
    tree.setNodeData(nodeA, tc("溫度過高"));
    tree.setNodeData(nodeB, tc("正常"));
    tree.setNodeData(nodeC, tc("壓力過低"));

    // 打印樹結(jié)構(gòu)
    tree.printTree();

    // 篩選包含 "溫度" 的節(jié)點(diǎn)
    QList<TreeNode*> filteredNodes = tree.filterNodes(tc("溫度"));
    qDebug() << tc("篩選結(jié)果:");
    for (TreeNode* node : filteredNodes) {
        qDebug() << node->getName() << ":" << node->getData().toString();
    }

    return a.exec();
}

運(yùn)行結(jié)果：

根節(jié)點(diǎn) ()
節(jié)點(diǎn)A (溫度過高)
節(jié)點(diǎn)C (壓力過低)
節(jié)點(diǎn)B (正常)

篩選結(jié)果:
"節(jié)點(diǎn)A" : "溫度過高"

3. 適用場景分析

該樹容器的靈活性使其適用于多種場景，包括但不限于以下項(xiàng)目：

文件管理器：

以層次結(jié)構(gòu)管理文件夾和文件。
節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)文件的元信息（如路徑、大?。?/li>

組織結(jié)構(gòu)管理：

用于顯示公司組織架構(gòu)（如部門、員工）。
節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)可附加員工信息。

規(guī)則引擎或決策樹：

用于實(shí)現(xiàn)條件匹配規(guī)則。
節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)規(guī)則條件與結(jié)果。

動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)分類：

實(shí)現(xiàn)類似標(biāo)簽分類的功能。
支持實(shí)時(shí)增刪節(jié)點(diǎn)。

調(diào)試工具：

用于顯示復(fù)雜系統(tǒng)中的內(nèi)部數(shù)據(jù)關(guān)系。

4. 優(yōu)勢與改進(jìn)方向

4.1 優(yōu)勢

簡單易用：

接口友好，隱藏復(fù)雜的內(nèi)部操作。
提供清晰的錯(cuò)誤提示和默認(rèn)行為。

高擴(kuò)展性：

可以輕松添加新功能，如節(jié)點(diǎn)排序、自定義過濾條件等。

靈活性：

節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)類型為 QVariant，支持多種數(shù)據(jù)類型存儲(chǔ)。

跨平臺支持：

依賴 Qt 框架，具備良好的跨平臺能力。

4.2 改進(jìn)方向

線程安全：

增加對并發(fā)操作的支持，例如通過 QMutex 實(shí)現(xiàn)線程同步。

持久化：

增加樹結(jié)構(gòu)的序列化和反序列化功能，用于存儲(chǔ)和加載數(shù)據(jù)。

性能優(yōu)化：

對大規(guī)模樹操作（如深度遍歷）進(jìn)行優(yōu)化。

模型綁定：

將樹容器與 QAbstractItemModel 綁定，支持直接用于 Qt 的視圖類（如 QTreeView）。

5. 結(jié)語

本文介紹了一個(gè)基于 Qt 實(shí)現(xiàn)的自定義樹結(jié)構(gòu)容器，其功能涵蓋了節(jié)點(diǎn)管理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、篩選與打印等操作，適用于多種項(xiàng)目場景。通過該容器，開發(fā)者可以更加靈活地管理復(fù)雜的層次化數(shù)據(jù)，同時(shí)其清晰的接口設(shè)計(jì)也便于擴(kuò)展與維護(hù)。

6. 源碼

以下是修正后的完整代碼實(shí)現(xiàn)，包含 TreeNode.h、TreeNode.cpp、Tree.h、Tree.cpp 和 main.cpp 文件。代碼修復(fù)了根節(jié)點(diǎn)初始化問題，并增強(qiáng)了錯(cuò)誤處理和默認(rèn)邏輯。

TreeNode.h

#ifndef TREENODE_H
#define TREENODE_H

#include <QString>
#include <QList>
#include <QVariant>

#define tc(a) QString::fromLocal8Bit(a)

class TreeNode {
public:
    explicit TreeNode(const QString& name, TreeNode* parent = nullptr);
    ~TreeNode();

    // 添加子節(jié)點(diǎn)
    TreeNode* addChild(const QString& name);

    // 移除子節(jié)點(diǎn)
    bool removeChild(TreeNode* child);

    // 設(shè)置節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)
    void setData(const QVariant& data);

    // 獲取節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)
    QVariant getData() const;

    // 移除節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)
    void clearData();

    // 獲取所有子節(jié)點(diǎn)
    const QList<TreeNode*>& getChildren() const;

    // 獲取節(jié)點(diǎn)名稱
    QString getName() const;

    // 獲取父節(jié)點(diǎn)
    TreeNode* getParent() const;

    // 檢查是否為葉子節(jié)點(diǎn)
    bool isLeaf() const;

private:
    QString nodeName;             // 節(jié)點(diǎn)名稱
    QVariant nodeData;            // 節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)
    TreeNode* parentNode;         // 父節(jié)點(diǎn)
    QList<TreeNode*> childNodes;  // 子節(jié)點(diǎn)列表
};

#endif // TREENODE_H

TreeNode.cpp

#include "TreeNode.h"
#include <QDebug>

TreeNode::TreeNode(const QString& name, TreeNode* parent)
    : nodeName(name), parentNode(parent) {}

TreeNode::~TreeNode() {
    qDeleteAll(childNodes); // 刪除所有子節(jié)點(diǎn)
}

TreeNode* TreeNode::addChild(const QString& name) {
    TreeNode* child = new TreeNode(name, this);
    childNodes.append(child);
    return child;
}

bool TreeNode::removeChild(TreeNode* child) {
    if (!child || !childNodes.contains(child)) {
        qWarning() << tc("移除失?。汗?jié)點(diǎn)不存在！");
        return false;
    }
    childNodes.removeAll(child);
    delete child; // 刪除子節(jié)點(diǎn)及其數(shù)據(jù)
    return true;
}

void TreeNode::setData(const QVariant& data) {
    nodeData = data;
}

QVariant TreeNode::getData() const {
    return nodeData;
}

void TreeNode::clearData() {
    nodeData.clear();
}

const QList<TreeNode*>& TreeNode::getChildren() const {
    return childNodes;
}

QString TreeNode::getName() const {
    return nodeName;
}

TreeNode* TreeNode::getParent() const {
    return parentNode;
}

bool TreeNode::isLeaf() const {
    return childNodes.isEmpty();
}

Tree.h

#ifndef TREE_H
#define TREE_H

#include "TreeNode.h"

class Tree {
public:
    Tree();
    ~Tree();

    // 添加節(jié)點(diǎn)
    TreeNode* addNode(TreeNode* parent, const QString& name);

    // 移除節(jié)點(diǎn)
    bool removeNode(TreeNode* node);

    // 設(shè)置節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)
    void setNodeData(TreeNode* node, const QVariant& data);

    // 獲取節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)
    QVariant getNodeData(TreeNode* node) const;

    // 移除節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)
    void clearNodeData(TreeNode* node);

    // 查找節(jié)點(diǎn)（通過名稱）
    TreeNode* findNode(TreeNode* root, const QString& name) const;

    // 過濾節(jié)點(diǎn)（通過數(shù)據(jù)關(guān)鍵字）
    QList<TreeNode*> filterNodes(const QString& keyword) const;

    // 打印樹結(jié)構(gòu)
    void printTree() const;

private:
    TreeNode* root;

    // 輔助遞歸方法
    void filterRecursive(TreeNode* node, const QString& keyword, QList<TreeNode*>& result) const;
    void printRecursive(TreeNode* node, int depth) const;
};

#endif // TREE_H

Tree.cpp

#include "Tree.h"
#include <QDebug>

Tree::Tree() {
    root = new TreeNode(tc("根節(jié)點(diǎn)"));
    qDebug() << tc("成功初始化根節(jié)點(diǎn)。");
}

Tree::~Tree() {
    delete root; // 自動(dòng)刪除所有節(jié)點(diǎn)
}

TreeNode* Tree::addNode(TreeNode* parent, const QString& name) {
    if (!parent) {
        if (!root) {
            qWarning() << tc("添加失?。焊?jié)點(diǎn)未創(chuàng)建！");
            return nullptr;
        }
        qDebug() << tc("未指定父節(jié)點(diǎn)，默認(rèn)添加到根節(jié)點(diǎn)。");
        parent = root; // 如果父節(jié)點(diǎn)為空，默認(rèn)添加到根節(jié)點(diǎn)
    }
    return parent->addChild(name);
}

bool Tree::removeNode(TreeNode* node) {
    if (!node || node == root) {
        qWarning() << tc("移除失?。汗?jié)點(diǎn)為空或?yàn)楦?jié)點(diǎn)！");
        return false;
    }
    TreeNode* parent = node->getParent();
    if (!parent) {
        qWarning() << tc("移除失?。焊腹?jié)點(diǎn)為空！");
        return false;
    }
    return parent->removeChild(node);
}

void Tree::setNodeData(TreeNode* node, const QVariant& data) {
    if (!node) {
        qWarning() << tc("設(shè)置失?。汗?jié)點(diǎn)為空！");
        return;
    }
    node->setData(data);
}

QVariant Tree::getNodeData(TreeNode* node) const {
    if (!node) {
        qWarning() << tc("獲取失?。汗?jié)點(diǎn)為空！");
        return QVariant();
    }
    return node->getData();
}

void Tree::clearNodeData(TreeNode* node) {
    if (!node) {
        qWarning() << tc("清除失?。汗?jié)點(diǎn)為空！");
        return;
    }
    node->clearData();
}

TreeNode* Tree::findNode(TreeNode* root, const QString& name) const {
    if (!root) return nullptr;
    if (root->getName() == name) return root;

    for (TreeNode* child : root->getChildren()) {
        TreeNode* found = findNode(child, name);
        if (found) return found;
    }
    return nullptr;
}

QList<TreeNode*> Tree::filterNodes(const QString& keyword) const {
    QList<TreeNode*> result;
    filterRecursive(root, keyword, result);
    return result;
}

void Tree::filterRecursive(TreeNode* node, const QString& keyword, QList<TreeNode*>& result) const {
    if (node->getData().toString().contains(keyword)) {
        result.append(node);
    }
    for (TreeNode* child : node->getChildren()) {
        filterRecursive(child, keyword, result);
    }
}

void Tree::printTree() const {
    printRecursive(root, 0);
}

void Tree::printRecursive(TreeNode* node, int depth) const {
    qDebug().noquote() << QString(depth * 2, ' ') + node->getName() + " (" + node->getData().toString() + ")";
    for (TreeNode* child : node->getChildren()) {
        printRecursive(child, depth + 1);
    }
}

main.cpp

#include <QCoreApplication>
#include "Tree.h"

int main(int argc, char* argv[]) {
    QCoreApplication a(argc, argv);

    // 創(chuàng)建樹
    Tree tree;

    // 創(chuàng)建子節(jié)點(diǎn)，明確傳入父節(jié)點(diǎn)
    TreeNode* nodeA = tree.addNode(nullptr, tc("節(jié)點(diǎn)A")); // 默認(rèn)添加到根節(jié)點(diǎn)
    TreeNode* nodeB = tree.addNode(nodeA, tc("節(jié)點(diǎn)B"));
    TreeNode* nodeC = tree.addNode(nodeA, tc("節(jié)點(diǎn)C"));

    // 添加數(shù)據(jù)
    tree.setNodeData(nodeA, tc("溫度過高"));
    tree.setNodeData(nodeB, tc("正常"));
    tree.setNodeData(nodeC, tc("壓力過低"));

    // 獲取數(shù)據(jù)
    qDebug() << tc("節(jié)點(diǎn)A數(shù)據(jù):") << tree.getNodeData(nodeA).toString();

    // 清除數(shù)據(jù)
    tree.clearNodeData(nodeC);

    // 過濾節(jié)點(diǎn)
    QList<TreeNode*> filteredNodes = tree.filterNodes(tc("溫度"));
    qDebug() << tc("過濾結(jié)果:");
    for (TreeNode* node : filteredNodes) {
        qDebug() << node->getName() << ":" << node->getData().toString();
    }

    // 打印樹結(jié)構(gòu)
    tree.printTree();

    return a.exec();
}

運(yùn)行結(jié)果

成功初始化根節(jié)點(diǎn)。
未指定父節(jié)點(diǎn)，默認(rèn)添加到根節(jié)點(diǎn)。
未指定父節(jié)點(diǎn)，默認(rèn)添加到根節(jié)點(diǎn)。
未指定父節(jié)點(diǎn)，默認(rèn)添加到根節(jié)點(diǎn)。
節(jié)點(diǎn)A數(shù)據(jù): "溫度過高"
過濾結(jié)果:
"節(jié)點(diǎn)A" : "溫度過高"
根節(jié)點(diǎn) ()
節(jié)點(diǎn)A (溫度過高)
節(jié)點(diǎn)B (正常)
節(jié)點(diǎn)C ()

功能總結(jié)

該實(shí)現(xiàn)支持樹節(jié)點(diǎn)的添加、刪除、查詢、過濾，以及節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的設(shè)置、獲取、清除。同時(shí)，包含中文提示與日志輸出，邏輯健壯且易于擴(kuò)展。

到此這篇關(guān)于基于Qt實(shí)現(xiàn)的自定義樹結(jié)構(gòu)容器的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Qt自定義樹結(jié)構(gòu)容器內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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