演習: 二分木

二分木は、すべてのノードが 2 つの子ノード（左と右）を持つ木構造の データ構造です。各ノードが値を格納する木を作成します。あるノード N について、N の左部分木にあるすべてのノードはより小さい値を含み、N の右部分木にあるすべてのノードはより大きい値を含みます。ある値は木に 1 回だけ格納されるものとします。つまり、重複するノードはありません。

次の型を実装して、与えられたテストが通るようにしてください。

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// SPDX-License-Identifier: Apache-2.0

/// A node in the binary tree.
#[derive(Debug)]
struct Node<T: Ord> {
    value: T,
    left: Subtree<T>,
    right: Subtree<T>,
}

/// A possibly-empty subtree.
#[derive(Debug)]
struct Subtree<T: Ord>(Option<Box<Node<T>>>);

/// A container storing a set of values, using a binary tree.
///
/// If the same value is added multiple times, it is only stored once.
#[derive(Debug)]
pub struct BinaryTree<T: Ord> {
    root: Subtree<T>,
}

impl<T: Ord> BinaryTree<T> {
    fn new() -> Self {
        Self { root: Subtree::new() }
    }

    fn insert(&mut self, value: T) {
        self.root.insert(value);
    }

    fn has(&self, value: &T) -> bool {
        self.root.has(value)
    }

    fn len(&self) -> usize {
        self.root.len()
    }
}

// `Node` の `new` を実装してください。
// `Subtree` の `new`、`insert`、`len`、`has` を実装してください。

#[cfg(test)]
mod tests {
    use super::*;

    #[test]
    fn len() {
        let mut tree = BinaryTree::new();
        assert_eq!(tree.len(), 0);
        tree.insert(2);
        assert_eq!(tree.len(), 1);
        tree.insert(1);
        assert_eq!(tree.len(), 2);
        tree.insert(2); // not a unique item
        assert_eq!(tree.len(), 2);
        tree.insert(3);
        assert_eq!(tree.len(), 3);
    }

    #[test]
    fn has() {
        let mut tree = BinaryTree::new();
        fn check_has(tree: &BinaryTree<i32>, exp: &[bool]) {
            let got: Vec<bool> =
                (0..exp.len()).map(|i| tree.has(&(i as i32))).collect();
            assert_eq!(&got, exp);
        }

        check_has(&tree, &[false, false, false, false, false]);
        tree.insert(0);
        check_has(&tree, &[true, false, false, false, false]);
        tree.insert(4);
        check_has(&tree, &[true, false, false, false, true]);
        tree.insert(4);
        check_has(&tree, &[true, false, false, false, true]);
        tree.insert(3);
        check_has(&tree, &[true, false, false, true, true]);
    }

    #[test]
    fn unbalanced() {
        let mut tree = BinaryTree::new();
        for i in 0..100 {
            tree.insert(i);
        }
        assert_eq!(tree.len(), 100);
        assert!(tree.has(&50));
    }
}