CCF认证 201903-4消息传递接口

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题目描述

存储数据的容器

1. 如何表示每一条指令
   假设1号进程有一条S2的指令，2号进程有一条R1的指令，显然这两条指令正好是彼此对应的。由于n最大为 $10^4$，所以进程编号范围为 $0-9999$。那么对于1号进程的S2指令可以用 $1×10^4+2=10002$表示，2号进程的R1指令可以用 $-1×10^4+2=-10002$表示（注意负号）。那么一条指令完全可以用一个int型变量i来表示，当i为正数时，表示发送指令，i/10000表示该指令所隶属的进程编号，i%10000表示该指令要与哪个指令进行通信；当i为负数时，表示接收指令，i%10000表示该指令所隶属的进程编号，i/10000表示该指令要与哪个指令进行通信。彼此对应的两条指令的表示数字正好互为相反数。这样表示的话，在寻找各个进程中是否有对应的指令时，会非常方便。可以使用unordered_set<int>commands来存储每个进程当前正在处理的指令c，当commands中含有c的相反数时，表示这两条指令相互对应，可直接在commands删去；否则将指令c插入commands中。
2. 如何存储每个进程的所有指令
   指令可以用一个int型变量来表示，由于一个进程按输入顺序依次处理每条指令，一旦处理完毕，就不再对该指令进行任何操作，显然这种特点最适合使用queue<int>容器来存储。当处理一条指令时，就将该指令从队列首部弹出，由于该指令在处理时还有可能找不到其他进程中相对应的指令而被堵塞，所以最好对于每个进程再使用一个int型变量存储上一次弹出的指令，以方便查询上一次弹出的指令是否被堵塞。
3. 如何存储所有进程
   考虑到当一个进程所有指令被执行完毕，就不再对该进程进行任何操作，我使用了在容器中间位置插入删除元素比较快的list容器，当然本题使用vector容器也可以。我用list<pair<queue<int>,int>>process来存储所有进程及其包含的指令，process的成员元素是一个pair，其中first成员存储所有指令，second成员存储上一次弹出的指令。
4. 如何判断是否发生死锁
   当所有进程均被堵塞时，就发生了死锁。可以用一个bool型变量f来表示。

确定了数据的所有存储方法，算法就非常容易实现了，我在代码中添加了足够的注释，可以直接参照我的代码。

注意点

本题的测试数据量比较大，很容易超时。为了尽可能地提高算法效率，应尽量使用以下的替换方法：

1. 用unordered_set替换set
2. 自己手动编码按空格字符分割字符串，不要使用stringstream
3. 涉及到容器中间元素的插入和删除时，使用list替代vector

C++代码

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main(){
    int T,n;
    scanf("%d%d%*c",&T,&n);
    while(T--){
        list<pair<queue<int>,int>>process;//first成员是一个队列，存储每个进程的所有指令；second成员存储上一条执行的指令，初始化为INT_MAX
        unordered_set<int>commands;//存储每个进程正在执行的指令
        string s;
        for(int i=0;i<n;++i){
            process.push_back({queue<int>(),INT_MAX});
            getline(cin,s);
            for(int j=0,k;j<s.size();j=k+1){//按空格键分割字符串，并用整数表示指令
                k=s.find(' ',j);
                if(k==string::npos)
                    k=s.size();
                if(s[j]=='S')
                    process.back().first.push(i*10000+stoi(s.substr(j+1,k-j-1)));
                else
                    process.back().first.push(-(stoi(s.substr(j+1,k-j-1))*10000+i));
            }
        }
        for(bool f=true;!process.empty();f=true){//f标志是否所有进程指令都被堵塞
            for(auto i=process.begin();i!=process.end();++i){//遍历所有进程
                if(commands.find(i->second)!=commands.end())//上一次执行的指令被堵塞了
                    continue;//进程也被堵塞，其他指令无法执行
                if((i->first).empty()){//所有指令均已执行完毕
                    i=process.erase(i);//将该进程删除
                    --i;
                    continue;
                }
                while(!(i->first).empty()){//进程还有指令要执行
                    int t=(i->first).front();//从队首弹出一条指令
                    (i->first).pop();
                    auto j=commands.find(-t);//查找其它进出中是否有正在执行的对应的指令
                    if(j==commands.end()){//没有对应的指令
                        commands.insert(t);//将该指令插入到commands中
                        i->second=t;//更新上一次执行的指令为当前指令
                        break;
                    }else{//有对应的指令
                        commands.erase(j);//将对应的指令从commands中删除
                        f=false;//并不是所有进程都被堵塞
                    }
                }
            }
            if(f)//遍历完所有进程后发现所有进程均被堵塞，说明发生死锁
                break;
        }
        puts(process.empty()?"0":"1");//跳出循环时进程list为空，表示所有进程指令均执行完毕，则没有死锁
    }
    return 0;
}