2 家谱管理系统的设计与实现 2.1 问题概述 家谱，又名“族谱”，是记载某姓氏世系和重要人物及主要事迹的史籍资料。在我国有着悠久的历史。当今社会，家谱越来越为人们所重视，成为一个家族紧密联系的象征。长期以来人们一直都使用纸笔进行家谱记录，这种方法不仅费时费力而且不便于查找修改。在信息化时代里，随着电子信息业的不断发展，电子家谱逐渐进入实际应用中。电子家谱系统不仅省时省力而且方便，避免了纸笔记录的好多麻烦，使家谱管理更加便捷、实用。 2.2 任务要求 实现对某家族成员信息的管理，包含建立、查找、插入、修改、删除等功能。 （1）家谱祖先数据的录入。 （2）家庭成员的添加：即添加某一人的儿女，输入相应的儿女姓名(此处儿女的姓名不能重名)和其它相关信息。 （3）家庭成员的修改：可以修改某一成员的姓名等信息。 （4）成员的查询：查询某一成员在家族中的辈分(第几代)，并能查询此成员的所有子女及这一辈的所有成员。 （5）家庭成员的删除：删除此成员时，若其有后代，将删除其所有后代成员。 （6）显示功能。 （7）根据设置的成员属性，自行拟定其它各种统计功能。 2.3 实现说明 2.3.1 存储结构 家谱管理是一个典型以成员作为数据元素的树形结构，在实现时，需要根据任务需求，正确地选择数据地存储结构，这样才能方便各种操作的实现。在数据结构理论课中，有多种树的存储结构： （1）双亲表示法，这是一种树的顺序存储结构，能够非常简单表示数据元素之间的关系，但由于任务要求中，涉及到删除操作，受顺序存储结构的限制，效率会较低，同时某些查询功能也不方便实现。 （2）孩子表示法，树的一种链式存储结构，每个成员对应一个结点。有两种形式的孩子表示法： ① 一种是固定大小的孩子表示法，为每个结点设置固定数量的指针域，分别指向该成员的孩子结点。考虑到成员的孩子数量差异，如果指针域设置较多，当成员孩子较少时，会有多余的空闲指针，造成空间浪费；如果指针域设置较少，在特殊情况下，指针域不够用，使得系统实现不了基本功能，所以这种存储结构不能采用。② 另一种是非固定大小的孩子表示法，根据孩子人数为每个结点设指针域数量，虽说节省了存储单元，管理起来比①显得复杂，同时每当家谱中某成员孩子数变化，都需要为该成员重新分配结点空间，修改双亲结点的指针，显得不太方便。另外家谱数据还需要保存到文件中，这种存储结构的文件保存也不太方便。 （3）孩子兄弟表示法，树的一种二叉链表的存储结构。在这种存储结构中，当某成员添加孩子时，第一个孩子，非常方便地生成一个成员结点，作为该成员的左孩子结点；如果该成员原来有孩子，就从该成员结点的左孩子结点开始，顺着兄弟结点指针（右指针），找到该成员的原最小孩子，再把新增孩子结点放到原最小孩子的右边。其它删除，查询操作也非常方便，所以孩子兄弟表示法是一种理想的存储结构。 （4）孩子链表表示法，树的一种顺序加链式的存储结构。这种方式有着部分（1）的不足，另外删除一个成员时，同时要删除他的所有子孙，这就相当于在顺序表中同时删除多个元素，算法较复杂，效率较低，同时由于删除后，导致删除位置后的成员序号发生了变化，还需要修改某些单链表结点的值。 通过上述分析，推荐使用孩子兄弟表示法这种存储结构来管理家谱。 2.3.2 家谱显示 家谱管理系统中，需要给出一种直观的方式，显示家族成员之间的关系。假定用孩子兄弟法（二叉树）表示家谱，数据类型定义： typedef struct { char Name[20]; //姓名 char IdentNo[18]; //身份证号 //…… 根据实际情况扩展属性 } ElemType; //成员结点类型 typedef struct node { ElemType data; //成员信息 struct Node *child,*brother; struct Node *father; //可以考虑增加一个父结点指针 } *BiTree; void display(BTree T,int indent) //indent表示缩进空格数 { int i; BTree T1; if (T==NULL) return; for(i=0;i<indent;i++) putchar(’ '); //缩进indent个空格 printf(“%s\n”,T->data.Name); //显示成员主要信息，这里仅给出姓名 for(T1=T->child;T1!=NULL; T1=T1->brother) //依次显示该成员子孙 display(T1,indent+4); } 这个算法是采用凹入表（或书目表）的方式，非常清楚地展示了家谱成员的层次关系。需要显示某个成员T及其后代信息时，可以用display(T,0)完成。如果T是根结点指针，显示全部家谱。所以利用该算法能显示完整家谱，或查找某个家族成员后，显示这个成员在家族中的分支。 注意显示家谱信息不要试图用广义表的形式进行显示，思考一下为什么？ 2.3.3 利用遍历算法实现问题求解 可以利用二叉树的遍历算法实现很多操作，在实现过程中一定要清楚存储结构和逻辑结构之间的对应关系。 （1）利用先序遍历改造后实现求某成员的辈分 int Seniority(BiTree T,char *ID,int S)//S代表T结点的辈分值 { //存在身份证号为ID这个成员，返回辈分值，否则返回0 int IDS; if (T==NULL) return 0; if (strcmp(T->data.IdentNo,ID)==0) return S; if ((IDS= Seniority(T->child, ID, S+1))!=0) //孩子辈分为S+1 return IDS; else return Seniority(T->brother, ID, S); //兄弟具有相同辈分 } （2）查找某成员的全部兄弟 假定使用了父结点指针，则首先利用遍历算法查找某成员，如果查找了，就用父指针找到父结点，再由父结点把所有孩子找出来，就能非常方便实现其功能，也能类似判断两成员是否为兄弟。 （3）统计某辈分成员数 参考（1）的算法修改，在遍历过程中，当某成员的辈分符合要求，就累加计数器。注意尽可能避免使用全局变量。 或者思考一下，求某个成员结点（T）开始向下第k代的成员结点数，当k==1时，就是该结点自己，返回1；否则依次求该结点的每个孩子的第k-1代的成员结点数并求和，返回求和值。 2.3.4 家谱文件读写 家谱管理系统中，应该具有文件读写功能。一种参考方案就是对二叉链表进行先序遍历，遇到成员信息写文件，空指针是写一个空间点，后续可以按带空结点的先序遍历序列恢复二叉链表。 void save(FILE *pf, BiTree T) { struct node blankNode={{“”,“”},NULL,NULL}; //空结点 if (T) { fwrite(T,sizeof(struct node),1,pf);//将当前这个结点写道文件中 save(pf,T->child); save(pf,T->brother); } else fwrite(&blankNode,sizeof(struct node),1,pf);//将当前这个结点写道文件中 } BTree Load(FILE *pf) { struct node a; BTree T; fread(&a,sizeof(struct node),1,pf); if (strlen(a.data.Name)==0) return NULL; T=(BTree) malloc(sizeof(struct node)); T->data=a.data; T->child=Load(pf); T->brother=Load(pf); return T; } int main() { BTree T; char FamilyFileName[20]; FILE *fout,*fin; //两个文件指针，分别用于读写 printf(“\n输入家族文件名”); scanf(“%s”, FamilyFileName); fin=fopen(FamilyFileName,“rb”); if (fin==NULL) { printf(“文件%不存在”,“FamilyTree.dat”); T=NULL; //初始时无家族成员 } else T=Load(fin); fclose(fin); /************************* 显示系统菜单，完成各种操作 ***************************/ //退出系统时，将T为根的二叉树写到文件中 fout=fopen("FamilyTree.dat","w"); save(fout,T); fclose(fout); return 0; } 思考一下，还可对读写文件操作进行优化，以及考虑在操作过程中，可以把当前数据存盘，避免数据丢失。你可以自己适当添加些功能来得到更高的分数，编译器为vs2022，并且无法简短我的要求和问题