「データ構造とアルゴリズムの美しさ」<05>リスト(下):簡単にコードの正しいリストを作成する方法?

例えば、逆Aリンクリストなどの複雑なチェーンオペレーション、と特に、簡単なことではありませんコードのリストを書きたい、非常にエラーが発生しやすいの書き込みを一覧合併を命じました。視野の数百人をインタビューし、私の経験から、「逆リスト」人々は10%未満にコードのこれらの数行を書くことができます。

なぜそれが一生懸命コードリストを作成することですか?どのように我々は簡単に比較し、正しいチェーン・コードを書くことができますか?

時間を投資して喜んでいる限り、私はほとんどの人が学ぶことができると思います。あなたが本当に週末や一日を過ごすと、このコードリストの反転を書くために行ってきました、いくつかの回を書くことができた場合、私は楽に書き込みバグのないコードに訓練されています。この尾根は、それを横断するのは難しいでしょうか?

もちろん、彼らが注目と決意を支払う必要が成功のための前提条件である、加えて、我々はまた、いくつかの方法と技術を必要とします私自身の学習経験と仕事の経験によると、コードのリストを記述するためにいくつかのヒントをまとめました。あなたはこれらのスキルに加え、あなたのイニシアチブおよび持続性を習得することができた場合は、簡単にリストコード番号問題を獲得しました。

 

 

スキルI:ポインタまたは参照の意味を理解します

実際には、リストの構造を理解するが、一度それを置くことは困難、とポインタミックスではない、それは簡単に混乱しています。したがって、リスト上のコードを書くために、あなたは最初の良いポインタを理解する必要があります。

Java(登録商標)、Pythonなどの「参照」に置き換えいくつかの言語がないのポインタ、;我々はいくつかの言語は、C言語など「ポインタ」の概念を持っていることを知っています。それは「ポインタ」または「参照」であるかどうかは、実際には、その意味は同じで、メモリアドレスは、オブジェクトの意味の範囲内に保存されます

あなたはJavaや他の言語を使用している場合次に、私はポインタが関係、あなたがそれの「参照」としてそれを理解しません、説明する「ポインタ」でC言語を取りますよ。

実際には、ポインタを理解するために、あなたはそれだけで次の単語を覚えておく必要があります。

変数代入へのポインタは、実際には、この変数を見つけるために、ポインタを介してこの変数を指すポインタ変数にアドレスを割り当てるために、または逆に、ポインタがこの変数のメモリアドレスに格納されています。

これは、発音ちょっとハードに聞こえる、あなたが最初に覚えることができます。私たちは、コードの書き込み処理のリストに戻り、私はゆっくりとあなたに説明します。

コードのリストの作成では、私たちはしばしば、このコードを持っている:P->次= qとコードのこの行は、と言うことであるノードQのメモリアドレスに格納された次ノードポインタp

:頻繁に使用される書き込みへのコードの私たちのリストがあり、より複雑ですが、また、p型> = P-次へ>ネクスト>次はコードのこの行は、示しノードで次のノードpの次のノードポインタp格納されたメモリアドレス

ポインタまたは参照の概念をつかみ、あなたは簡単にコードのリストを理解することができるはずです。おめでとう、あなたは、コードのリストからステップ近い書きました!

 

 

スキルII:警戒ポインタとメモリリークの損失

ものを指し、ポインタが、我々がどこにあるかわからない瞬間を参照するとき、私はあなたが、そのような感情を持っていないコードのリストを書くのか分かりません。そこで、我々は書く、我々は注意しなければならないポインタを失うことはありません

どのようにポインタは、多くの場合、それを失っていますか?私はあなたの分析を与える例として、挿入の単一のリストを取りました。

示されているように、我々が望むノードAと挿入ノードXの隣接ノードbとの間に、現在のポインタPがノードを指すものと仮定する。私たちは、この外観を実現するために、次のコードになった場合、損失がポインタとメモリリークが発生します。

P-> X =次;   // ノードを指し示す次ポインタPのx、 
X-> = P-次>次;   // ノードB、Xノードの次のポインタの指します。

初心者は、多くの場合、ここで間違いを犯します。P-> nextポインタ最初の操作が完了した後、ノードBは、もはやポイントではないが、ポイントノードXへ。割り当てられた第2のラインコードに対応するX X->次に、それら自身を指します。したがって、リスト全体は、2つの半分に切断され、Bのノードバックのすべてのノードからアクセスすることはできません。

例えば、C言語のようないくつかの言語のために、メモリ管理は、手動解除への記憶ノードの対応が存在しない場合、それはメモリリークを持って、プログラマの責任です。それは、その結果、失われないように、したがって、ノード挿入我々は、操作の順序にノードX、ノード点bを指す最初の次のポインタを注意しなければならない場合、ノードは次のノードX、ポインタへのポインタでありますメモリリーク。だから、単にコードを挿入するために、私たちはただ最初の行とコードシーケンスの2行目は、それをクリックし反転して必要

同様に、リンクされたリストのノードを削除すると、また、手動でメモリ空間を解放するために覚えておく必要がありそうでない場合は、メモリリークの問題があるでしょうもちろん、Java仮想マシンのような言語のプログラミング、自動的にメモリを管理し、あまり考える必要はありません。

 

 

スキルIII:センチネル簡素化実装の難易度を使用して

まず、挿入および削除操作の単一のリストで見てみましょう。私たちは、ノードpの後に新しいノードを挿入すると、コードの必要性の次の2行のみを扱うことができます。

new_node->次= P-> 次。
P - >次= new_node。

私たちは、空のリストの最初のノードを挿入したい場合でも、ちょうどロジックを使用することはできません。ここでは、そのような特別な処理を必要とする、それが頭を特徴とヘッドノードのリストを表します。したがって、このコードから、我々は最初の論理ノードを挿入し、他のノードが同じではない、単一のリンクされたリストの挿入のために、それを見ることができます。

もし(ヘッド== NULL ){
  ヘッド = new_node。
}

 私たちは、一重リンクリストのノードの削除を見てください。あなたが後継ノードノードpを削除したい場合は、我々は唯一の1行のコードがそれを扱うことができる必要があります。

p型>次= P->ネクスト>次;

私たちは、コードを削除し、リンクリスト内の最後のノードを削除している場合は、作業の前にありません。挿入同様の方法で、我々はこのような場合、特別な治療を必要とします。このような書き込みコード:

もし(頭部>次== NULL ){
   ヘッド = nullを
}

ステップによって、前の分析ステップから、我々が見ることができるリストのための挿入、削除、あなたは最初のノードを挿入して、特別な治療のための最後のノードの場合を削除する必要がありますこのようなコードの実装は非常にされる複雑な単純ではないが、また、簡単にそれが不完全と間違った考えられるため。どのようにこの問題を解決するには?

センチネルスキルIIIがデビューします言及しました。センチネル、それは国間の国境問題を解決することです。同様に、ここにいることを見張りが、「国境問題」を解決することで直接ビジネスロジックに関与していません

それは空のリストを表す方法を覚えていますか?ヘッド= nullは、ノードのいかなる鎖がないことを示します。前記第一のノードは、リンクされたリストの最初のノードへのヘッドポインタを表します。

我々は場合センチネルノードを導入し、いつでも、関係なく、リストの空でない先頭ポインタは常にセンチネルノードを指しますまた、これは呼び出しリードリストを取るためにセンチネルノードリストと呼ばれていますこれとは対照的に、何のリストは、センチネルノードがしますと呼ばれていないリストをリードしていません

私はあなたがセンチネルノードがデータを格納していません見つけることができ、リードリストを描きました。センチネルノードが常に存在するので、最後のノードと他のノードを削除し、削除、挿入第1のノードと他のノードを挿入し、それが同一のコードのための統一論理を実現することができます。

実際には、コードの実装の多くでは、プログラミングのスキルセンチネル簡素化難易度の使用は、このような挿入ソート、マージソート、ダイナミック企画として、使用されています。これらの内容は、あなたが気分を良くするために、今、私たちの後ろに言えばされますが、私は非常に簡単な例を挙げています。私はC言語を使用していたコードは、高レベルの言語の構文を必要としない、あなたがあなたのお馴染みの言語と比較することができ、理解しやすいです。

 

コードワン:

// 在数组a中,查找key,返回key所在的位置
// 其中,n表示数组a的长度
int find(char* a, int n, char key) {
  // 边界条件处理,如果a为空,或者n<=0,说明数组中没有数据,就不用while循环比较了
  if(a == null || n <= 0) {
    return -1;
  }
  
  int i = 0;
  // 这里有两个比较操作:i<n和a[i]==key.
  while (i < n) {
    if (a[i] == key) {
      return i;
    }
    ++i;
  }
  
  return -1;
}

 

代码二:

// 在数组a中,查找key,返回key所在的位置
// 其中,n表示数组a的长度
// 我举2个例子,你可以拿例子走一下代码
// a = {4, 2, 3, 5, 9, 6}  n=6 key = 7
// a = {4, 2, 3, 5, 9, 6}  n=6 key = 6
int find(char* a, int n, char key) {
  if(a == null || n <= 0) {
    return -1;
  }
  
  // 这里因为要将a[n-1]的值替换成key,所以要特殊处理这个值
  if (a[n-1] == key) {
    return n-1;
  }
  
  // 把a[n-1]的值临时保存在变量tmp中,以便之后恢复。tmp=6。
  // 之所以这样做的目的是:希望find()代码不要改变a数组中的内容
  char tmp = a[n-1];
  // 把key的值放到a[n-1]中,此时a = {4, 2, 3, 5, 9, 7}
  a[n-1] = key;
  
  int i = 0;
  // while 循环比起代码一,少了i<n这个比较操作
  while (a[i] != key) {
    ++i;
  }
  
  // 恢复a[n-1]原来的值,此时a= {4, 2, 3, 5, 9, 6}
  a[n-1] = tmp;
  
  if (i == n-1) {
    // 如果i == n-1说明,在0...n-2之间都没有key,所以返回-1
    return -1;
  } else {
    // 否则,返回i,就是等于key值的元素的下标
    return i;
  }
}

对比两段代码,在字符串 a 很长的时候,比如几万、几十万,你觉得哪段代码运行得更快点呢?答案是代码二,因为两段代码中执行次数最多就是 while 循环那一部分。第二段代码中,我们通过一个哨兵 a[n-1] = key,成功省掉了一个比较语句 i < n ,不要小看这一条语句,当累计执行几万次,几十万次时,积累的时间就相当明显了。

当然,这只是为了举例说明哨兵的作用,你写代码的时候千万不要写第二段那样的代码,因为可读性太差了。大部分情况下,我们并不需要如此追求极致的性能。

 

 

技巧四:重点留意边界条件处理

软件开发中,代码在一些边界或者异常情况下,最容易产生 Bug。链表代码也不例外。要实现没有 Bug 的链表代码,一定要在编写的过程中以及编写完成之后,检查边界条件是否考虑全面,以及代码在边界条件下是否能正确运行。

经常用来检查链表代码是否正确的边界条件有这样几个:

 

1. 如果链表为空时,代码是否能正常工作?

2. 如果链表只包含一个结点时,代码是否能正常工作?

3. 如果链表只包含两个结点时,代码是否能正常工作?

4. 代码逻辑在处理头结点和尾结点的时候,是否能正常工作?

 

当你写完链表代码之后,除了看下你写的代码在正常的情况下能否工作,还要看下在上面我列举的几个边界条件下,代码仍然能否正确工作。如果这些边界条件下都没有问题,那基本上可以认为没有问题了。

当然,边界条件不止列举的那些。针对不同的场景,可能还有特定的边界条件,这个需要自己去思考,不过套路都是一样的。

实际上,不光光是写链表代码,你在写任何代码时,也千万不要只是实现业务正常情况下的功能就好了,一定要多想想,你的代码在运行的时候,可能会遇到哪些边界情况或者异常情况。遇到了应该如何应对,这样写出来的代码才够健壮!

 

 

技巧五:举例画图,辅助思考

对于稍微复杂的链表操作,比如前面我们提到的单链表反转,指针一会儿指这,一会儿指那,一会儿就被绕晕了。总感觉脑容量不够,想不清楚。所以这个时候就要使用大招了,举例法和画图法

你可以找一个具体的例子,把它画在纸上,释放一些脑容量,留更多的给逻辑思考,这样就会感觉到思路清晰很多。比如往单链表中插入一个数据这样一个操作,我一般都是把各种情况都举一个例子,画出插入前和插入后的链表变化,如图所示:

看图写代码,是不是就简单多啦?而且,当我们写完代码之后,也可以举几个例子,画在纸上,照着代码走一遍,很容易就能发现代码中的 Bug。

 

 

技巧六:多写多练,没有捷径

如果你已经理解并掌握了我前面所讲的方法,但是手写链表代码还是会出现各种各样的错误,也不要着急, 把常见的链表操作都自己多写几遍,出问题就一点一点调试,熟能生巧!

所以,精选了 5 个常见的链表操作。你只要把这几个操作都能写熟练,不熟就多写几遍,保证你之后再也不会害怕写链表代码。

1. 单链表反转

2. 链表中环的检测

3. 两个有序的链表合并

4. 删除链表倒数第 n 个结点

5. 求链表的中间结点

 

 

内容小结

这节我主要和你讲了写出正确链表代码的六个技巧。分别是理解指针或引用的含义、警惕指针丢失和内存泄漏、利用哨兵简化实现难度、重点留意边界条件处理,以及举例画图、辅助思考,还有多写多练。

我觉得,写链表代码是最考验逻辑思维能力的。因为,链表代码到处都是指针的操作、边界条件的处理,稍有不慎就容易产生 Bug。链表代码写得好坏,可以看出一个人写代码是否够细心,考虑问题是否全面,思维是否缜密。所以,这也是很多面试官喜欢让人手写链表代码的原因。所以,这一节讲到的东西,你一定要自己写代码实现一下,才有效果。

 

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