Java二叉树实现中root变量为何定义在TreeNode类外部

你给出的Java二叉树示例代码如下：

public class BinaryTree {

    private TreeNode root;

    private class TreeNode {
        private TreeNode left;
        private TreeNode right;
        private int data;
        
        public TreeNode(int data) {
            this.data = data;
        }
    }
}

root没有定义在TreeNode内部主要有以下几个原因：

• 符合面向对象的单一职责原则
  TreeNode作为私有内部类，职责仅为描述单个树节点的属性：存储节点自身的数据、关联左子节点和右子节点，是二叉树的最小组成单元。而root是整棵二叉树的入口根节点，属于整棵树的全局属性，归外层BinaryTree类管理才和两者的职责定位匹配。
• 避免逻辑矛盾
  如果把root定义在TreeNode内部，你必须先实例化一个TreeNode对象才能获取到root引用，但空二叉树的root本身就是null，此时不存在任何有效TreeNode实例，就会出现“要获取根节点必须先创建一个无用节点”的逻辑矛盾，完全不符合二叉树的基础定义。
• 避免资源浪费和多实例冲突
  如果把root定义为TreeNode的普通成员变量，每创建一个树节点都会额外存储一份根节点引用，没有任何实际作用，白白占用内存。如果定义为静态成员，又会导致所有BinaryTree实例共享同一个根节点，同时操作多棵二叉树的场景下会互相干扰，直接出现逻辑错误。
• 降低代码实现复杂度
  二叉树的所有对外操作（遍历、插入节点、删除节点、求树深度等）都是通过BinaryTree的实例发起的，root放在外层类中，可以直接在各个业务方法中访问这个全局入口，不需要额外从TreeNode实例中获取，代码实现更简洁高效。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user16791235