【嵌入式 C 语言实战】二叉树入门：创建与前 / 中 / 后序递归遍历详解【嵌入式 C 语言实战】二叉树入门：创建与前

【嵌入式 C 语言实战】二叉树入门：创建与前 / 中 / 后序递归遍历详解

大家好，我是学嵌入式的小杨同学。在嵌入式开发中，除了单链表这类线性数据结构，树形结构也有着广泛的应用（比如配置项树、设备树、语法解析树等），而二叉树是树形结构中最基础、最核心的一种。今天就带大家从零开始，实现一棵简单的二叉树，并且掌握二叉树的三种核心遍历方式 —— 前序、中序、后序递归遍历，全程附可直接编译运行的 C 语言代码。

一、二叉树的核心概念（嵌入式开发视角）

1. 什么是二叉树？

二叉树是一种每个节点最多只有两个子节点的树形结构，这两个子节点分别被称为 “左子节点” 和 “右子节点”，对应的子树被称为 “左子树” 和 “右子树”。

本文实现的是一棵简单的完全二叉树（非平衡二叉树、非搜索二叉树），结构如下，这也是二叉树入门的经典示例：

plaintext

        1  （根节点）
      /   \
     2     3  （第二层节点）
    / \
   4   5  （第三层节点）

2. 二叉树的特点与嵌入式应用场景

特点：非线性结构，具有层级关系，每个节点的左、右子树也是一棵二叉树（递归特性）；
嵌入式应用场景：
1. 设备树解析：嵌入式系统中描述硬件设备的设备树，本质就是一种树形结构，二叉树是其解析的基础；
2. 配置项管理：系统中的多级配置项（如系统→外设→参数），可通过二叉树存储和查询；
3. 数据排序与查询：后续学习的二叉搜索树（BST），可实现高效的数据插入、查询和排序，适合资源受限的嵌入式设备。

3. 二叉树节点的结构体设计

二叉树的每个节点包含三个核心部分：

数据域：存储实际业务数据（如设备 ID、配置值等）；
左指针域：指向左子节点的内存地址；
右指针域：指向右子节点的内存地址。

这是实现二叉树的基础，与单链表的节点结构体设计类似，只是多了一个子节点指针。

二、前期准备：头文件引入与节点结构体定义

首先引入必要的头文件，并定义二叉树的节点结构体，这是所有操作的前提：

运行

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>

// 二叉树节点结构体定义
typedef struct Node
{
	int data;               // 数据域：存储int类型数据（嵌入式可替换为设备结构体等）
	struct Node *left;      // 左指针域：指向左子节点
	struct Node *right;     // 右指针域：指向右子节点
}Node;

三、二叉树核心实现：节点创建与二叉树构建

1. 单个节点创建（`create`函数）

创建二叉树的第一步是创建单个节点，为节点分配堆内存，并初始化其数据域和指针域。

运行

// 创建单个二叉树节点，返回节点指针
Node *create(int data)
{
	// 为节点分配堆内存（嵌入式需注意内存分配失败处理）
	Node *node=(Node*)malloc(sizeof(Node));
	if(node==NULL)
	{
		printf("malloc error：节点创建失败！\n");
		exit(0); // 内存分配失败，程序退出（嵌入式可改为返回NULL并做容错处理）
	}
	// 初始化节点数据域
	node->data=data;
	// 初始化左右指针域为NULL，标识当前节点无左右子节点
	node->left=node->right=NULL;
	return node;
}

嵌入式注意点

嵌入式设备内存资源有限，malloc动态分配内存可能失败，必须添加判空逻辑，避免野指针导致系统崩溃；
若追求更高的稳定性，可采用静态内存分配（预先定义节点数组）替代malloc，避免内存碎片化问题。

2. 构建示例二叉树（`main`函数中手动构建）

本文采用手动构建的方式创建示例二叉树（适合入门理解），通过给根节点和子节点的left、right指针赋值，串联起整个二叉树结构。

运行

int main()
{
	// 步骤1：创建根节点（数据为1）
	Node *root =create(1);
	
	// 步骤2：为根节点创建左右子节点（数据分别为2、3）
	root->left =create(2);   // 根节点左子节点为2
	root->right =create(3);  // 根节点右子节点为3
	
	// 步骤3：为节点2创建左右子节点（数据分别为4、5）
	root->left->left =create(4);  // 节点2的左子节点为4
	root->left->right =create(5); // 节点2的右子节点为5
	
	// 至此，示例二叉树构建完成，后续将进行遍历操作
	// ... 遍历代码后续补充
	return 0;
}

构建完成后的二叉树结构与前文一致，层级清晰，便于后续验证遍历结果。

四、二叉树的三种递归遍历（核心重点）

二叉树的遍历是指 “按照一定的顺序，访问二叉树中所有节点，且每个节点仅被访问一次”。由于二叉树具有递归特性（每个子树也是一棵二叉树），因此递归遍历是最简洁、最易理解的实现方式。

根据根节点被访问的顺序不同，二叉树的递归遍历分为三种：

前序遍历：根节点 → 左子树 → 右子树
中序遍历：左子树 → 根节点 → 右子树
后序遍历：左子树 → 右子树 → 根节点

1. 前序遍历（`Preorder`函数）

遍历规则

先访问当前根节点，再递归遍历左子树，最后递归遍历右子树（根→左→右）。

代码实现

运行

// 二叉树前序遍历（递归实现）
void Preorder(Node *root)
{
	// 递归终止条件：当前节点为NULL（无节点可访问）
	if(root!=NULL)
	{
		// 步骤1：访问当前根节点（打印节点数据）
		printf("%d ",root->data);
		// 步骤2：递归遍历左子树
		Preorder(root->left);
		// 步骤3：递归遍历右子树
		Preorder(root->right);
	}
}

遍历结果分析（针对示例二叉树）

按照 “根→左→右” 的规则，遍历顺序为：1 → 2 → 4 → 5 → 3，最终打印结果：1 2 4 5 3。

2. 中序遍历（`Inorder`函数）

遍历规则

先递归遍历左子树，再访问当前根节点，最后递归遍历右子树（左→根→右）。

代码实现

运行

// 二叉树中序遍历（递归实现）
void Inorder(Node *root)
{
	// 递归终止条件：当前节点为NULL（无节点可访问）
	if(root!=NULL)
	{
		// 步骤1：递归遍历左子树
		Inorder(root->left);
		// 步骤2：访问当前根节点（打印节点数据）
		printf("%d ",root->data);
		// 步骤3：递归遍历右子树
		Inorder(root->right);
	}
}

遍历结果分析（针对示例二叉树）

按照 “左→根→右” 的规则，遍历顺序为：4 → 2 → 5 → 1 → 3，最终打印结果：4 2 5 1 3。

3. 后序遍历（`Postorder`函数）

遍历规则

先递归遍历左子树，再递归遍历右子树，最后访问当前根节点（左→右→根）。

代码实现

运行

// 二叉树后序遍历（递归实现）
void Postorder(Node *root)
{
	// 递归终止条件：当前节点为NULL（无节点可访问）
	if(root!=NULL)
	{
		// 步骤1：递归遍历左子树
		Postorder(root->left);
		// 步骤2：递归遍历右子树
		Postorder(root->right);
		// 步骤3：访问当前根节点（打印节点数据）
		printf("%d ",root->data);
	}
}

遍历结果分析（针对示例二叉树）

按照 “左→右→根” 的规则，遍历顺序为：4 → 5 → 2 → 3 → 1，最终打印结果：4 5 2 3 1。

4. 完善`main`函数：调用遍历函数并打印结果

在main函数中添加遍历函数的调用，打印三种遍历的结果，验证代码正确性：

运行

int main()
{
	// 构建示例二叉树（代码同前）
	Node *root =create(1);
	root->left =create(2);
	root->right =create(3);
	root->left->left =create(4);
	root->left->right =create(5);
	
	// 调用三种遍历函数，打印结果
	printf("前序遍历结果：\n");
	Preorder(root);
	printf("\n\n");
	
	printf("中序遍历结果：\n");
	Inorder(root);
	printf("\n\n");
	
	printf("后序遍历结果：\n");
	Postorder(root);
	printf("\n\n");
	
	return 0;
}

五、编译运行与结果验证

1. 编译命令（Linux/macOS）

将上述代码保存为binary_tree.c，在终端中执行以下编译命令：

bash

运行

gcc binary_tree.c -o binary_tree
./binary_tree

2. 预期运行结果

plaintext

前序遍历结果：
1 2 4 5 3 

中序遍历结果：
4 2 5 1 3 

后序遍历结果：
4 5 2 3 1

运行结果与我们之前分析的一致，说明二叉树的构建和遍历代码均正确无误。

六、嵌入式开发中的二叉树优化建议

递归与非递归的选择：递归遍历虽然简洁，但递归深度过深可能导致栈溢出（嵌入式设备的栈空间通常较小，一般为几 KB 到几十 KB）。对于深度较大的二叉树，建议采用非递归遍历（借助栈或队列实现），避免栈溢出风险。
内存释放：本文示例未添加内存释放代码，嵌入式开发中，二叉树使用完毕后，必须递归释放所有节点的内存（避免内存泄漏），示例代码如下：

运行

// 递归释放二叉树所有节点内存
void FreeBinaryTree(Node *root)
{
	if(root!=NULL)
	{
		// 先释放左右子树
		FreeBinaryTree(root->left);
		FreeBinaryTree(root->right);
		// 再释放当前节点
		free(root);
		root=NULL;
	}
}

在main函数末尾调用FreeBinaryTree(root)，即可释放整个二叉树的内存。

二叉搜索树（BST）扩展：本文实现的是普通二叉树，后续可学习二叉搜索树（BST），其左子树节点值均小于根节点，右子树节点值均大于根节点，可实现高效的数据查询（时间复杂度 O (logn)），更适合嵌入式场景中的数据管理。

七、总结

二叉树的核心是节点的左右指针域，通过指针串联起层级结构，每个节点的左、右子树也具有二叉树的递归特性；
二叉树的三种递归遍历核心区别在于根节点的访问时机，前序（根先访）、中序（根中访）、后序（根后访）；
递归遍历简洁易实现，但在嵌入式设备中需注意栈溢出风险，必要时采用非递归实现；
嵌入式开发中使用二叉树，需重点关注内存分配失败和内存泄漏问题，确保系统长期稳定运行。

作为嵌入式开发者，掌握二叉树的基本实现和遍历，是深入学习复杂树形结构的基础。我是学嵌入式的小杨同学，关注我，后续将带大家解锁二叉树的非递归遍历、二叉搜索树的实现等进阶内容！

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