ツリー構造を作成してコンソールから操作(2)

2024年11月13日公開
2024年11月13日

いろいろ機能を追加した。

p 番号　...　ノード表示

s 番号　...　ツリーの一部を表示

afh 番号フォルダ名　...　指定した番号の位置にフォルダを追加

aih 番号アイテム名　...　指定した番号の位置にアイテムを追加

afu 番号フォルダ名　...　指定した番号のフォルダの子要素としてフォルダを追加

aif 番号アイテム名　...　指定した番号のフォルダの子要素としてアイテムを追加

tree.hpp

#ifndef TREE_H
#define TREE_H

#endif //TREE_H

#include <algorithm>

using namespace std::literals::string_literals;

// ノードを継承したクラスに asString() メンバ関数があるかを判定するコンセプト
template<typename T>
concept HasAsString = requires(T a) {
    { a.asString() } -> std::same_as<std::string>;
};

// ノードの基底クラス
class NodeBase {
protected:
public:
    std::shared_ptr<NodeBase> parent;

    virtual ~NodeBase() = default;
    virtual std::string asString() const = 0;  // 必ず実装させる仮想関数
    virtual std::shared_ptr<NodeBase> getParent() const { return parent; }
};



      // フォルダクラス
template <HasAsString T>
class Folder : public NodeBase, public std::enable_shared_from_this < Folder<T> > {
    std::vector<std::shared_ptr<NodeBase>> children;  // 子ノードは NodeBase 型を保持

    T value;
    bool isOpen;
public:
    Folder(const T& data) : value(data), isOpen(false) {}

    // 子ノードを追加するメソッド
    void add(const std::shared_ptr<NodeBase>& node) {
        children.push_back(node);
        node->parent = std::dynamic_pointer_cast<NodeBase>(this->shared_from_this());
    }

    const T& getName() const {
        return value;
    }

    std::string asString() const override {
        return value.asString();
    }

    const std::vector<std::shared_ptr<NodeBase>>& getChildren() const {
        return children;
    }
    std::vector<std::shared_ptr<NodeBase>>& getChildren() {
        return children;
    }

    bool getIsOpen() const {
        return isOpen;
    }

    void setIsOpen(bool open) {
        isOpen = open;
    }
};


// アイテムクラス
// フォルダに入れるデータを保持するクラス
template <HasAsString T>
class Item : public NodeBase, public std::enable_shared_from_this < Item<T> >  {
    T value;
public:
    Item(const T& data) : value(data) {}

    std::string asString() const override {
        return value.asString();
    }
};



/////////////////////////////////////////////////////////////////
/////////////////////////////////////////////////////////////////
/////////////////////////////////////////////////////////////////

// 全てのノードの数をカウントする関数
template <HasAsString FT>
int getAllNodeCount(const std::shared_ptr<NodeBase>& node) {
    int count = 1;  // 自分自身をカウント

    // フォルダの場合は、子ノードも再帰的にカウント
    if (auto folder = std::dynamic_pointer_cast<Folder<FT>>(node)) {
        for (const auto& child : folder->getChildren()) {
            count += getAllNodeCount<FT>(child);
        }
    }

    return count;
}


// 開いているノードの数をカウントする関数
template <HasAsString FT>
int getOpenNodeCount(const std::shared_ptr<NodeBase>& node) {
    int count = 1;  // 自分自身をカウント

    // フォルダの場合、開いているかどうかを確認
    if (auto folder = std::dynamic_pointer_cast<Folder<FT>>(node)) {
        if (folder->getIsOpen()) {
            // 開いている場合、子ノードも再帰的にカウント
            for (const auto& child : folder->getChildren()) {
                count += getOpenNodeCount<FT>(child);
            }
        }
    }

    return count;
}

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////////////////////////////////////////////////////
 
// 指定した index のノードを取得する関数の補助関数
template <HasAsString FT>
std::shared_ptr<NodeBase> getNodeHelper(const std::shared_ptr<NodeBase>& node, int& currentIndex, int targetIndex, bool open = false) {
    // 現在のノードをカウント
    if (currentIndex == targetIndex) {
        return node;
    }
    currentIndex++;

    // フォルダの場合は、開閉状態を確認し、再帰的に子ノードを探索
    if (auto folder = std::dynamic_pointer_cast<Folder<FT>>(node)) {
        if (open || folder->getIsOpen()) {
            for (const auto& child : folder->getChildren()) {
                auto result = getNodeHelper<FT>(child, currentIndex, targetIndex, open);
                if (result) {
                    return result;
                }
            }
        }
    }

    return nullptr; // 見つからなかった場合
}


// 指定した index のノードを取得する関数
// ここでの index は、開いているノードのみでカウントする
template <HasAsString FT>
std::shared_ptr<NodeBase> getNodeOnlyOpen(const std::shared_ptr<NodeBase>& root, int targetIndex) {
    int currentIndex = 0; // ノードのカウント用
    return getNodeHelper<FT>(root, currentIndex, targetIndex,false);
}

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////////////////////////////////////////////////////

// ノードを削除する関数
template <HasAsString FT>
void deleteNode(std::shared_ptr<NodeBase> node) {
    if (auto parent = node->getParent()) {
        if (auto parentFolder = std::dynamic_pointer_cast<Folder<FT>>(parent)) {
            auto& siblings = parentFolder->getChildren();
            siblings.erase(std::remove(siblings.begin(), siblings.end(), node), siblings.end());
        }
    }
}


// 指定したノードの管理情報を取得する関数
// 戻り値 1 親ノード
// 戻り値 2 posで指定したノードを持つ親ノードの、子ノードリストのインデクス
template <HasAsString FT>
std::pair< std::shared_ptr<NodeBase>,int> GetNodeListPos(std::shared_ptr<NodeBase> root,int pos) {

    // posの位置の現在のノードを取得
    auto now_node = getNodeOnlyOpen<FT>(root, pos);

    // now_nodeの親ノードを取得
    auto parent_node = now_node->getParent();

    // now_nodeの親ノードの子ノードリストを取得
    auto parent_folder = std::dynamic_pointer_cast<Folder<FT>>(parent_node);
    auto& siblings = parent_folder->getChildren();

    // now_nodeの親ノードの子ノードリストのインデクスを取得
    auto it = std::find(siblings.begin(), siblings.end(), now_node);
    int index = std::distance(siblings.begin(), it);


    return { parent_node,index };

}


template <HasAsString FT, HasAsString IT>
void addNodeUnder(std::shared_ptr<NodeBase> root, std::shared_ptr<NodeBase> node) {
	// nodeをrootの最後に追加
	auto folder = std::dynamic_pointer_cast<Folder<FT>>(root);
	folder->getChildren().push_back(node);
	node->parent = root;
}


template <HasAsString FT, HasAsString IT>
void addNodeHere(std::shared_ptr<NodeBase> root, std::shared_ptr<NodeBase> node, int pos) {
    // ノードを追加する関数
    // 挿入位置は番号posで指定する
    // 新しく追加したアイテムが必ずpos番目になる
    // 必ず、追加前のposのノードと同じ階層に追加する

    // 番号posは開いているノードのみでカウントする
    // 例えばfolder21がノードを持っていても、folder21は開いていないのでその中のノードはカウントしない
    // 0 - folder1
    // 1   - folder2
    // 2      item21
    // 3      item22
    // 4      + folder21
    // 5   - folder3
    // 6      item31
    // 7      item32
    // 8      item33

    // getNode(folder1,3) == item21
    // この時、
    // 例１ addNode(NewFolder,2) で
    // 1   - folder2
    // 2      + NewFolder
    // 3      item21
    // 4      item22


    auto childinfo = GetNodeListPos<FT>(root, pos);
    std::shared_ptr<NodeBase> childlist = childinfo.first;
    auto index = childinfo.second;

    // nodeをchildlistのindex番に追加
    auto folder = std::dynamic_pointer_cast<Folder<FT>>(childlist);
    folder->getChildren().insert(folder->getChildren().begin() + index, node);
    node->parent = childlist;

}
////////////////////////////////////////////////////
////////////////////////////////////////////////////
////////////////////////////////////////////////////
 
struct TreeSliceItem {
    int pos;
    std::shared_ptr<NodeBase> node;
    int hierarchy;
};


template <HasAsString FT>
void GetTreeSliceTraverse(const std::shared_ptr<NodeBase>& node, int hierarchy, int& currentIndex, int from, int to, std::vector<TreeSliceItem>& slice) {
    if (currentIndex >= from && currentIndex <= to) {
        slice.push_back({ currentIndex, node, hierarchy });
    }
    currentIndex++;

    if (auto folder = std::dynamic_pointer_cast<Folder<FT>>(node)) {
        if (folder->getIsOpen()) {
            for (const auto& child : folder->getChildren()) {
                GetTreeSliceTraverse<FT>(child, hierarchy + 1, currentIndex, from, to, slice);
            }
        }
    }
}


// ツリーから一部を取り出す関数
template <HasAsString FT>
std::vector< TreeSliceItem> GetTreeSlice(std::shared_ptr<NodeBase> root, int from,int to) {
    // 例えば、以下の状態の時、
    // 0 - folder1
    // 1   - folder2
    // 2      item21
    // 3      item22
    // 4      + folder21
    // 5   - folder3
    // 6      item31
    // 7      item32
    // 8      item33

    // GetTreeSlice(folder1,2,6) で
    // 2      item21
    // 3      item22
    // 4      + folder21
    // 5   - folder3
    // 6      item31
    // を取得

    std::vector<TreeSliceItem> slice;
    int currentIndex = 0;
    int currentHierarchy = 0;

    GetTreeSliceTraverse<FT>(root, currentHierarchy, currentIndex, from, to, slice);

    return slice;

}

main.cpp

#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <sstream>
#include <memory>
#include <vector>
#include <string>


#include "tree.hpp"


////////////////////////////////////////////////////
////////////////////////////////////////////////////
////////////////////////////////////////////////////
struct FolderData {
    std::string name;
    std::string asString() const {
        return name;
    }

    // コンストラクタ
    FolderData(const std::string& n) : name(n) {}


};

struct ItemData {
    std::string name;
    std::string asString() const {
        return name;
    }

    // コンストラクタ
    ItemData(const std::string& n) : name(n) {}

};

/////////////////////////////////////////////////////////////////
/////////////////////////////////////////////////////////////////
/////////////////////////////////////////////////////////////////

// ノードの番号を付けて表示するための補助関数
template <HasAsString FT, HasAsString IT>
void printTreeHelper(const std::shared_ptr<NodeBase>& node, int& lineNum, int indent = 0, bool open = false) {
    if (auto folder = std::dynamic_pointer_cast<Folder<FT>>(node)) {
        // フォルダの場合
        std::cout << std::setw(2) << lineNum++ << std::string(indent+2, ' ') << (folder->getIsOpen() ? "- " : "+ ") << folder->asString() << "\n";
        if (open || folder->getIsOpen()) {
            for (const auto& child : folder->getChildren()) {
                printTreeHelper<FT, IT>(child, lineNum, indent + 2, open);
            }
        }
    }
    else if (auto item = std::dynamic_pointer_cast<Item<IT>>(node)) {
        // アイテムの場合
        std::cout << std::setw(2) << lineNum++ << std::string(indent + 2, ' ') << item->asString() << "\n";
    }
}


// 指定したノード以下のツリーを表示する関数
template <HasAsString FT, HasAsString IT>
void printTree(const std::shared_ptr<NodeBase>& node, bool open = false) {
    int lineNum = 0;
    printTreeHelper<FT, IT>(node, lineNum, 0, open);
}

template <HasAsString FT, HasAsString IT>
void printTreeSlice(const std::vector<TreeSliceItem>& slice) {
    for (const auto& item : slice) {
        if (auto folder = std::dynamic_pointer_cast<Folder<FT>>(item.node)) {
            std::cout << std::setw(2) << item.pos << std::string(item.hierarchy * 2, ' ')
                << (folder->getIsOpen() ? "- " : "+ ") << folder->asString() << "\n";
        }
        else if (auto itemNode = std::dynamic_pointer_cast<Item<IT>>(item.node)) {
            std::cout << std::setw(2) << item.pos << std::string(item.hierarchy * 2, ' ')
                << itemNode->asString() << "\n";
        }
    }
}

////////////////////////////////////////////////////
////////////////////////////////////////////////////
////////////////////////////////////////////////////

// ノードの親ノードを表示する関数
template <HasAsString FT, HasAsString IT>
void printParentChain(const std::shared_ptr<NodeBase>& node) {
    auto current = node;
    while (current) {
        if (auto folder = std::dynamic_pointer_cast<Folder<FT>>(current)) {
            std::cout << folder->asString() << " -> ";
        }
        else if (auto item = std::dynamic_pointer_cast<Item<IT>>(current)) {
            std::cout << item->asString() << " -> ";
        }
        current = current->getParent();
    }
    std::cout << "nullptr\n";  // ルートに到達したら終了
}

////////////////////////////////////////////////////
////////////////////////////////////////////////////
////////////////////////////////////////////////////

bool input_command(std::string* cmd, int* id, std::string* value) {
    std::string input;
    std::getline(std::cin, input);
    if (input.empty()) return false;

    std::istringstream iss(input);
    iss >> *cmd >> *id;
    if (iss >> std::ws && !iss.eof()) {
        std::getline(iss, *value);
        *value = value->substr(value->find_first_not_of(" \t")); // 先頭の空白を削除
    }
    else {
        *value = "";
    }
    return true;
}

////////////////////////////////////////////////////
////////////////////////////////////////////////////
////////////////////////////////////////////////////

int main() {

    // ツリー構造を作成
    auto root = std::make_shared<Folder<FolderData>>(FolderData{ "folder1" });

    auto folder2 = std::make_shared<Folder<FolderData>>(FolderData{ "folder2" });
    auto folder21 = std::make_shared<Folder<FolderData>>(FolderData{ "folder21" });
    auto item211 = std::make_shared<Item<ItemData>>(ItemData{ "item211" });
    auto folder22 = std::make_shared<Folder<FolderData>>(FolderData{ "folder22" });
    auto item221 = std::make_shared<Item<ItemData>>(ItemData{ "item221" });
    auto item222 = std::make_shared<Item<ItemData>>(ItemData{ "item222" });
    auto item223 = std::make_shared<Item<ItemData>>(ItemData{ "item223" });

    auto folder23 = std::make_shared<Folder<FolderData>>(FolderData{ "folder23" });
    auto folder24 = std::make_shared<Folder<FolderData>>(FolderData{ "folder24" });
    auto item241 = std::make_shared<Item<ItemData>>(ItemData{ "item241" });
    auto item242 = std::make_shared<Item<ItemData>>(ItemData{ "item242" });

    root->add(folder2);
    folder2->add(folder21);
    folder21->add(item211);
    folder2->add(folder22);
    folder22->add(item221);
    folder22->add(item222);
    folder22->add(item223);
    folder2->add(folder23);
    folder2->add(folder24);
    folder24->add(item241);
    folder24->add(item242);


    // フォルダの開閉状態を設定
    root->setIsOpen(true);
    folder2->setIsOpen(true);
    folder22->setIsOpen(true);
    folder24->setIsOpen(false);

    std::string cmd = " ";
    int id;
    std::string value;
    do {

        if (cmd == "*") { // 開閉
            auto node = getNodeOnlyOpen<FolderData>(root, id);
            auto folder = std::dynamic_pointer_cast<Folder<FolderData>>(node);
            folder->setIsOpen(!folder->getIsOpen());
        }
        else if (cmd == "p") { // 指定したノードを表示
			auto node = getNodeOnlyOpen<FolderData>(root, id);
            std::cout<<node->asString() << std::endl;
        }
        else if (cmd == "afh") { // 指定した場所にフォルダを追加 ex. afh 1 folder3
            addNodeHere<FolderData, ItemData>(
                root,
                std::make_shared<Folder<FolderData>>(FolderData{ value }),
                id
            );
        }
        else if (cmd == "aih") { // 指定した場所にアイテムを追加 ex. aih 3 item3
            addNodeHere<FolderData, ItemData>(
                root,
                std::make_shared<Item<ItemData>>(ItemData{ value }),
                id
            );
        }
		else if (cmd == "afu") { // 指定したフォルダの下にフォルダを追加 ex. afu 3 folder3
            auto selected = getNodeOnlyOpen<FolderData>(root, id);
			addNodeUnder<FolderData, ItemData>(
                selected,
				std::make_shared<Folder<FolderData>>(FolderData{ value })
			);
		}
		else if (cmd == "aiu") { // 指定したフォルダの下にアイテムを追加 ex. aiu 3 item3
            auto selected = getNodeOnlyOpen<FolderData>(root, id);
            addNodeUnder<FolderData, ItemData>(
                selected,
				std::make_shared<Item<ItemData>>(ItemData{ value })
			);
		}
        else if (cmd == "d") { // 削除
            auto node = getNodeOnlyOpen<FolderData>(root, id);
            deleteNode<FolderData>(node);
        }
        else if (cmd == "s") { // ツリーの一部を取得 ex. s 3
            auto slice = GetTreeSlice<FolderData>(root, id, id+4);
            printf("%d-%d\n", id, id + 4);
			printTreeSlice<FolderData, ItemData>(slice);
            printf("\n");
        }

        printTree<FolderData, ItemData>(root, false);

        std::cout << "opennodes " << getOpenNodeCount<FolderData>(root) << std::endl;
        std::cout << "allnodes " << getAllNodeCount<FolderData>(root) << std::endl;

    } while (input_command(&cmd, &id, &value) == true);

}

実行例

 0  - folder1
 1    - folder2
 2      + folder21
 3      - folder22
 4        item221
 5        item222
 6        item223
 7      + folder23
 8      + folder24

afh 5 NEW_FOLDER

 0  - folder1
 1    - folder2
 2      + folder21
 3      - folder22
 4        item221
 5        + NEW_FOLDER
 6        item222
 7        item223
 8      + folder23
 9      + folder24

aiu 3 New_Item

 0  - folder1
 1    - folder2
 2      + folder21
 3      - folder22
 4        item221
 5        + NEW_FOLDER
 6        item222
 7        item223
 8        New_Item
 9      + folder23
10      + folder24

s 6

 6      item222
 7      item223
 8      New_Item
 9    + folder23
10    + folder24

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tree.hpp

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実行例

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