Фундаментальные алгоритмы и структуры данных в Delphi - Джулиан Бакнелл

-------

Полный код класса TtdNodeManager можно найти на Web-сайте издательства, в разделе материалов. После выгрузки материалов отыщите среди них файл TDNdeMgr.pas.

Перед тем как вернуться к дальнейшим исследованиям односвязных списков, с которых мы начали наши рассуждения, отметим несколько недостатков класса TtdNodeManager. Первое, что следует отметить - это то, что метод FreeNode не проверяет, принадлежит ли освобождаемый узел к требуемому классу, т.е. находится ли он на странице, контролируемой классом. Это основной вопрос правильного функционирования класса. Если у класса есть узел, который не принадлежит к данному классу, он может иметь неверную длину (что в итоге может привести к перезаписи памяти) или может принадлежать к другому классу, который, возможно, очистит страницу, содержащую узел, и т.д. При отладке имеет смысл проводить проверку принадлежности к классу всех освобождаемых узлов. Реализация, содержащаяся в рамках сопровождающих книгу материалов, включает специальный код проверки при условии, что модель будет компилироваться с использованием утверждений.

Вторая проблема вызвана тем, что мы легко можем удалить экземпляр диспетчера узлов до удаления объектов, которые эти узлы используют. Это приведет к возникновению неизвестных ошибок. Только достаточная внимательность во время программирования может нас избавить от такого рода ошибок.

(Кстати, в качестве простого доказательства того, что мы не зря потеряли время на реализацию диспетчера узлов, можно сказать, что тесты по распределению и освобождению одного миллиона узлов показали, что диспетчер узлов работает в 3-4 раза быстрее, чем диспетчер кучи Delphi.)

Класс односвязного списка

Перед тем как приступить к реализации класса TtdSingleLinkList для представления односвязного списка, рассмотрим несколько вводных замечаний.

Начнем с самого начала. Как уже упоминалось, было бы очень удобно использовать связный список, не беспокоясь о его узлах. Хотелось бы, чтобы класс связного списка мог работать с любыми типами указателей, подобно классу TList. Для получения доступа к элементам связного списка было бы желательно использовать индекс (несмотря на то что это может негативно сказаться на быстродействии), но еще лучше было бы использовать терминологию баз данных. Так, в связном списке можно использовать курсор, который указывает на "текущий" элемент списка. Тогда можно было бы написать методы для позиционирования курсора перед любым элементом списка, перемещения курсора на следующий элемент, вставки и удаления элемента в позиции курсора и т.д. Поскольку мы создаем связный список в виде класса, мы можем работать с родительским объектом текущего элемента, что позволит запрограммировать метод Insert так, как он реализован в TList (т.е. за счет перемещения текущего элемента и всех последующих элементов на одну позицию и вставки в освободившееся место нового элемента). Аналогично можно реализовать и метод Delete.

Интерфейс класса TtdSingleLinkList выглядит следующим образом:

Листинг 3.7. Класс TtdSingleLinkList

TtdSingleLinkList = class private

FCount : longint;

FCursor : PslNode;

FCursorIx: longint;

FDispose : TtdDisposeProc;

FHead : PslNode;

FNanie : TtdNameString;

FParent : PslNode;

protected

function sllGetItem(aIndex : longint): pointer;

procedure sllSetItem(aIndex : longint; aItem : pointer);

procedure sllError(aErrorCode : integer;

const aMethodName : TtdNameString);

class procedure sllGetNodeManager;

procedure sllPositionAtNth(aIndex : longint);

public

constructor Create(aDispose : TtdDisposeProc);

destructor Destroy; override;

function Add(aItem : pointer): longint;

procedure Clear;

procedure Delete(aIndex : longint);

procedure DeleteAtCursor;

function Examine : pointer;

function First : pointer;

function IndexOf(aItem : pointer): longint;

procedure Insert(aIndex : longint; aItem : pointer);

procedure InsertAtCursor(aItem : pointer);

function IsAfterLast : boolean;

function IsBeforeFirst : boolean;

function IsEmpty : boolean;

function Last : pointer;

procedure MoveBeforeFirst;

procedure MoveNext;

procedure Remove(aItem : pointer);

procedure Sort(aCompare : TtdCompareFunc);

property Count : longint read FCount;

property Items[aIndex : longint] : pointer read sllGetItem write sllSetItem; default;

property Name : TtdNameString read FName write FName;

end;

Несмотря на то что названия методов соответствуют стандарту TList, появилось несколько новых методов. Метод MoveBeforeFirst помещает курсор перед всеми элементами связного списка. IsBeforeFirst и IsAfterLast возвращают True, если курсор находится, соответственно, перед всеми элементами или после всех элементов списка. Метод MoveNext перемещает курсор на следующий элемент списка. Свойство Items аналогично соответствующему свойству списка TList: элементы нумеруются от 0 до Count-1.

Конструктор Create проверяет, создан ли экземпляр диспетчера узлов, а затем распределяет память для узла, который будет фиктивным начальным узлом. Затем курсор помещается перед всеми узлами (поскольку в списке еще нет узлов, это совсем несложно). Деструктор Destroy очищает связный список и освобождает фиктивный начальный узел, выделенный конструктором Create.

Листинг 3.8. Конструктор и деструктор класса TtdSingleLinkList

constructor TtdSingleLinkList.Create(aDispose : TtdDisposeProc);

begin

inherited Create;

{сохранить процедуру удаления}

FDispose :=aDispose;

{получить диспетчер узлов}

s 11 GetNodeManager;

{распределить память под начальный узел}

FHead := PslNode (SLNodeManager.AllocNode);

FHead^.slnNext := nil;

FHead^.slnData := nil;

{установить курсор}

MoveBeforeFirst;

end;

destructor TtdSingleLinkList.Destroy;

begin

{удалить все узлы, включая начальный фиктивный узел}

Clear;

SLNodeManager.FreeNode(FHead);

inherited Destroy;

end;

Особый интерес здесь представляет тот факт, что связный список организован таким образом, что для всех экземпляров класса TtdSingleLinkList создается только один диспетчер узлов. Все экземпляры пользуются одним и тем же диспетчером. Можно было бы запрограммировать, чтобы каждый класс создавал свой диспетчер, но это бы означало использование большого дополнительного объема для экземпляра класса. Таким образом, учитывая то, что в приложении, в котором имеется один связный список, как правило, есть несколько списков, было решено ввести переменную класса. Но во всех этих рассуждениях присутствует один недостаток: Delphi не поддерживает переменные класса. Поэтому в коде мы имитируем такую переменную, объявив ее как глобальную в разделе implementation модуля. Если вы просмотрите содержимое файла TDLnkLst.pas, то найдете следующее объявление:

var

SLNodeManager : TtdNodeManager;

Все методы класса односвязного списка можно разбить на две категории: методы, действующие по последовательной схеме (MoveBeforeFirst, InsertAtCursor и т.д.), и методы, которые работают со списком как с массивом (свойство Items, методы Delete, IndexOf и т.д.). Рассмотрим сначала методы первой группы, поскольку мы уже говорили о принципе их работы в начале главы при описании связных списков. Для упрощения реализации мы не только храним курсор (т.е. указатель на текущий узел) в объекте, но и родительский объект курсора (т.е. указатель на родительский объект текущего курсора). Такая схема позволяет упростить методы вставки и удаления элементов.

Листинг 3.9. Стандартные операции со связным списком для класса TtdSingleLinkList

procedure TtdSingleLinkList.Clear;

var

Temp : PslNode;

begin

{удалить все узлы, за исключением начального; при возможности освободить все данные}

Temp := FHead^.slnNext;

while (Temp <> nil) do

begin

FHead^.slnNext := Temp^.slnNext;

if Assigned(FDispose) then

FDispose(Temp^.slnData);

SLNodeManager.FreeNode(Temp);

Temp := FHead^.slnNext;

end;

FCount := 0;

MoveBeforeFirst;

end;

procedure TtdSingleLinkList.DeleteAtCursor;

begin

if (FCursor = nil) or (FCursor = FHead) then

sllError(tdeListCannotDelete, 'Delete');

{удалить все элементы}

if Assigned(FDispose) then

FDispose(FCursor^.slnData);

{удалить ссылки на узел и удалить сам узел}

FParent^.slnNext := FCursor^.slnNext;

SLNodeManager.FreeNode(FCursor);

FCursor := FParent^.slnNext;

dec(FCount);

end;

function TtdSingleLinkList.Examine : pointer;

begin

if (FCursor = nil) or (FCursor = FHead) then

sllError(tdeListCannotExamine, 'Examine');

{вернуть данные с позиции курсора}

Result := FCursor^.slnData;

end;

procedure TtdSingleLinkList.InsertAtCursor(aItem : pointer);

var

NewNode : PslNode;

begin

{убедиться, что вставка производится не перед первой позицией; если курсор находится перед первой позицией, переместить его на одну позицию вперед}

if (FCursor = FHead) then

MoveNext;

{распределить новый узел и вставить его в позицию курсора}

NewNode := PslNode (SLNodeManager.AllocNode);

NewNode^.slnData := aItem;

NewNode^.slnNext := FCursor;

FParent^.slnNext := NewNode;

FCursor := NewNode;

inc(FCount);

end;

function TtdSingleLinkList.IsAfterLast : boolean;

begin

Result := FCursor;

nil;

end;

function TtdSingleLinkList.IsBeforeFirst : boolean;

begin

Result := FCursor = FHead;

end;

function TtdSingleLinkList.IsEmpty : boolean;

begin

Result := (Count = 0);

end;

procedure TtdSingleLinkList.MoveBeforeFirst;

begin

{установить курсор на начальный узел}

FCursor := FHead;

FParent := nil;

FCursorIx := -1;

end;

procedure TtdSingleLinkList.MoveNext;

begin

{переместить курсор по его указателю Next, игнорировать попытку выхода за конечный узел списка}

if (FCursor <> nil) then begin

FParent := FCursor;

FCursor := FCursor^.slnNext;

inc(FCursorIx);

end;

end;

Вы, возможно, обратили внимание, что некоторые из приведенных методов пользуются полем объекта FCursorIx. Именно это поле позволяет обеспечить высокую эффективность методов, основанных на использовании индекса, поскольку в нем хранится индекс курсора (при этом первый узел имеет индекс 0, точно так же как в TList). Значение поля используется методом ellPositionAtNth, который оптимальным образом перемещает курсор в позицию с указанным индексом.