Фундаментальные алгоритмы и структуры данных в Delphi - Джулиан Бакнелл

function tdlntToStr(aValue : longint): string;

var

ChStack : array [0..10] of char;

ChSP : integer;

IsNeg : boolean;

i : integer;

begin

{установить нулевую длину стека}

ChSP := 0;

{установить, чтобы значение было положительным}

if (aValue < 0) then begin

IsNeg true;

aValue :=-aValue;

end else

IsNeg := false;

{если значение равно нулю, записать в стек символ 'О'}

if (aValue = 0) then begin

ChStack[ChSP] := '0';

inc(ChSP);

end

{в противном случае вычислить цифры значения в обратном порядке с помощью описанного алгоритма и затолкнуть их в стек}

else begin

while (aValue <> 0) do

begin

ChStack[ChSP] := char((aValue mod 10) +ord('0'> );

inc(ChSP);

aValue := aValue div 10;

end;

end;

{если исходное значение было отрицательным, затолкнуть в стек знак минус}

if IsNeg then begin

ChStack[ChSP] :=;

inc(ChSP);

end;

{теперь выталкиваем значения из стека (их количество равно ChSP) в результирующую строку}

SetLength(Result, ChSP);

for i := 1 to ChSP do

begin

dec(ChSP);

Result[i] := ChStack[ChSP];

end;

end;

В приведенной функции присутствует несколько особенностей, о которых стоит упомянуть. Первая особенность состоит в том, что функция требует, чтобы исходное значение перед выполнением алгоритма было положительным. Если мы изменяем знак значения, то устанавливаем флаг IsNeg, который позволит в дальнейшем записать в строку знак минус. Вторая особенность - отдельно обрабатывается случай, когда значение равно 0. Без этого при нулевом входном значении мы бы получили пустую строку.

Следующий аспект. Стек символов был написан "с нуля". Почему? Мы уже имеем два класса стеков. Разве мы не можем использовать их?

Ответы на эти вопросы возвращают нас к тому, о чем уже ранее говорилось в книге: иногда эффективнее написать простой контейнер (в нашем случае стек) с самого начала. При написании кода преобразования целочисленного значения в строку максимальная длина значения будет составлять 10 цифр (поскольку максимальное значение типа iопдiхгi: - 2 147 483 648 - 10-значное число). Эту длину нужно увеличить на 1 - возможный знак минус. Столь короткую строку вполне можно поместить в стек.

Очереди

И, наконец, последним моментом, который мы рассмотрим в этой главе, будут очереди - последняя базовая структура данных. В то время как извлечение элементов из стека происходит в порядке, обратном тому, в котором они вносились, в очереди элементы выбираются в порядке их добавления. Таким образом, очередь относится к структурам типа "первый пришел, первый вышел" (FIFO - first in, first out). С очередью связаны две основные операции: постановка в очередь (т.е. добавление нового элемента в очередь) и снятие с очереди (т.е. извлечение из нее самого старого элемента).

Рисунок 3.9. Постановка в очередь и снятие с очереди

Иногда эти операции ошибочно называют заталкиванием и выталкиванием. Это абсолютно неверные термины для очереди. Ближе к истине будут слова включение и исключение.

Как и стеки, очереди можно реализовать на основе односвязных списков или массивов. Тем не менее, в отличие от стеков, очень трудно добиться высокой эффективности реализации на основе массивов. К тому же организация очередей на базе связных списков ничуть не сложнее. Поэтому давайте для начала рассмотрим построение очереди на базе односвязных списков.

Очереди на основе односвязных списков

Фактически мы должны смоделировать обычную очередь в универмаге. С помощью списков это можно сделать очень легко, поскольку сами списки по своей сути являются очередями. Просто для моделирования очереди элементы должны добавляться с одной стороны и удаляться с другой. При использовании односвязного списка снятие с очереди будет выполняться с начала списка, а постановка в очередь - в конец списка. Для двухсвязных списков для постановки или снятия с очереди может выбираться как начало, так и конец. Но в этом случае очередь будет требовать больший объем памяти. Очевидно, что обе операции с очередью не зависят от количества элементов в ней, т.е. они принадлежат к классу O(1).

Как и для класса TtdStack, код класса TtdQueue будет разрабатываться на основе главных принципов. Аргументы за использование такой схемы мы рассматривали во время написания кода для класса стека.

Листинг 3.26. Класс TtdQueue

TtdQueue = class private

PCount : longint;

FDispose : TtdDisposeProc;

FHead : PslNode;

FName : TtdNameString;

FTail : PslNode;

protected

procedure qError(aErrorCode : integer;

const aMethodName : TtdNameString);

class procedure qGetNodeManager;

public

constructor Create(aDispose : TtdDisposeProc);

destructor Destroy; override;

procedure Clear;

function Dequeue : pointer;

procedure Enqueue(aItem : pointer);

function Examine : pointer;

function IsEmpty : boolean;

property Count : longint read FCount;

property Name : TtdNameString read FName write FName;

end;

Как и ранее, конструктор Create проверяет, существует ли экземпляр диспетчера узлов, а затем распределяет с его помощью фиктивный начальный узел. Затем инициализируется специальный указатель FTail, который при создании указывает на начальный узел. Его содержимое будет меняться, чтобы он всегда указывал на последний узел связного списка. Это позволит легко вставлять новые элементы после конечного узла.

Листинг 3.27. Конструктор и деструктор для класса TtdQueue

constructor TtdQueue.Create(aDispose : TtdDisposeProc);

begin

inherited Create;

{сохранить процедуру удаления}

FDispose :=aDispose;

{получить диспетчер узлов}

qGetNodeManager;

{распределить и связать начальный и конечный узлы}

FHead := PslNode(SLNodeManager.AllocNode);

FHead^.slnNext := nil;

FHead^.sInData := nil;

{установить указатель конечного узла на начальный узел}

FTail := FHead;

end;

destructor TtdQueue.Destroy;

begin

{удалить все оставшиеся узлы; очистить начальный фиктивный узел}

if (Count <> 0) then

Clear;

SLNodeManager.FreeNode(FHead);

inherited Destroy;

end;

А теперь перейдем к методу Enqueue. Он посредством диспетчера узлов распределяет новый узел и устанавливает его указатель данных на вставляемый элемент. Затем используется указатель FTail. Учитывая, что он указывает на последний узел, мы вставляем новый узел за ним, после чего перемещаем указатель на одну позицию вперед - на новый узел, который теперь стал последним.

Листинг 3.28. Метод Enqueue класса TtdQueue

procedure TtdQueue.Enqueue(aItem : pointer);

var

Temp : PslNode;

begin

Temp := PslNode(SLNodeManager.AllocNode);

Temp^.slnData := aItem;

Temp^.slnNext := nil;

{добавить новый узел в конец списка и переместить указатель конечного узла на только что вставленный узел}

FTail^.slnNext := Temp;

FTail := Temp;

inc(FCount);

end;

Метод Dequeue ничуть не сложнее. Сначала он проверяет список на наличие в нем элементов, а затем, пользуясь алгоритмом "удалить после" фиктивного начального узла FHead, удаляет из списка первый узел. Перед освобождением узла с помощью диспетчера узлов метод Dequeue возвращает данные. После выполнения метода количество элементов в списке уменьшается на единицу. Вот здесь и начинается самое интересное. Представьте себе, что из очереди снимается один единственный имеющийся в ней элемент. До выполнения операции Dequeue указатель FTail указывал на последний узел списка, который был одновременно и первым. После снятия элемента с очереди первый узел будет отсутствовать, но указатель FTail все еще указывает на него. Нам нужно сделать так, чтобы после удаления узла в списке FTail указывал на фиктивный начальный элемент. Если же в списке до удаления присутствовало несколько элементов, указатель будет указывать на действительный последний узел.

Листинг 3.29. Метод Dequeue класса TtdQueue

function TtdQueue.Dequeue : pointer;

var

Temp : PslNode;

begin

if (Count = 0) then

qError(tdeQueueIsEmpty, 'Dequeue');

Temp := FHead^.slnNext;

Result := Temp^.slnData;

FHead^.slnNext := Temp^.slnNext;

SLNodeManager.FreeNode(Temp);

dec(FCount);

{если после удаления элемента очередь опустела, переместить указатель последнего элемента на фиктивный начальный узел}

if (Count = 0) then

FTail := FHead;

end;

Остальные методы, Clear, Examine и IsEmpty, еще проще.

Листинг 3.30. Методы Clear, Examine и IsEmpty класса TtdQueue

procedure TtdQueue.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;

{теперь очередь пуста, установить указатель последнего элемента на начальный узел}

FTail := FHead;

end;

function TtdQueue.Examine : pointer;

begin

if (Count = 0) then

qError(tdeQueueIsEmpty, 'Examine');

Result := FHead^.slnNext^.slnData;

end;

function TtdQueue.IsEmpty : boolean;

begin

Result := (Count = 0);

end;

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

Очереди на основе массивов

А теперь давайте рассмотрим реализацию очереди на основе массива. Как и раньше, для простоты воспользуемся массивом TList. По крайней мере, в этом случае нам не придется беспокоиться о распределении памяти и увеличении размера массива.