c++ - C++中的空缺跟踪算法实现

Question

我正在尝试使用 vacancy tracking algorithm在 C++ 中执行多维数组的转置。数组作为空指针出现，所以我使用地址操作来执行复制。

基本上，有一种算法从一个偏移量开始，然后像瑞士奶酪一样遍历数组的整个一维表示，剔除其他偏移量，直到它回到原始偏移量。然后，您必须从下一个未触及的偏移量开始，然后再做一次。重复直到所有偏移量都被触及。

现在，我正在使用 std::set 来填充所有可能的偏移量(0 到数组维度的乘法倍数)。然后，当我完成算法时，我从集合中删除。我认为这会是最快的，因为我需要随机访问树/集合中的偏移量并删除它们。然后我需要快速找到下一个未触及/未删除的偏移量。

首先，填充集合很慢，看来必须有更好的方法。它为每个插入单独调用 new[] 。因此，如果我有 500 万个偏移量，就有 500 万个消息，加上不断重新平衡树，如您所知，这对于预排序列表来说并不快。

其次，删除也很慢。

第三，假设像 int 和 float 这样的 4 字节数据类型，我实际上用掉了与数组本身相同数量的内存来存储这个未触及的偏移量列表。

第四，确定是否有任何未触及的偏移量并快速获取其中一个 - 一件好事。

有人对这些问题有什么建议吗？

Answer 1

没有读过那篇论文，

• set::insert 可能是添加数据最有效的方法，如果您将在下一个 insert
set >
• 另一方面，如果您一次构建所有集合，最好使用vector 和sort。
• 如果将指向下一个的指针添加到 vector 元素，则从排序的 vector 中删除很容易。
  • 初始化next = NULL。如果 next == NULL，则元素有效(尚未删除)。
  • 要删除，请设置 next = this+1。
  • 要获取下一个，迭代从 this+1 到 iter->next != iter+1 的第一个元素的 vector 元素。然后 if ( iter->next == NULL ) return iter;否则返回 iter->next;
  • 在 return 之前更新 (this+1)->next = iter (or) iter->next 以实现摊销常数时间。
  • 使用 next == this 在最后添加一个保护元素。这不是 vector::end，它标志着序列的结束。

这是初稿，我把它编码了。未经测试；随意编辑它或让我把它变成一个 wiki。或者让我知道错误……我不能保证在这上面花更多的时间。我没有在排序版本上完成 clear 的实现。 erase 不会破坏已排序的对象；在 sorted_skip_array 被销毁之前不会发生这种情况。

#include <vector>

template< class T, class Alloc >
class skip_array_base {
protected:
    struct node {
        node *prev, *next;
        T val;

        node( T const &x = T() ) : prev(), next(), val(x) {}
    };
    typedef typename Alloc::template rebind< node >::other allocator_type;

    typedef std::vector< node, allocator_type > vector_type;
    typedef typename vector_type::iterator vector_iterator;
    vector_type v;

    skip_array_base( allocator_type const &a = allocator_type() ) : v( a ) {}
    skip_array_base( skip_array_base const &in ) : v( in.v ) {}
    skip_array_base( typename vector_type::size_type s,
        typename vector_type::value_type const &x, allocator_type const &a )
        : v( s, x, a ) {}

    template< class Tcv >
    struct iter : vector_iterator {
        typedef T value_type;
        typedef Tcv &reference;
        typedef Tcv *pointer;

        iter() {}
        iter( vector_iterator const &in )
            : vector_iterator( in ) {}

        reference operator*() { return vector_iterator::operator*().val; }
        pointer operator->() { return &vector_iterator::operator*().val; }
        reference operator[]( typename vector_iterator::difference_type n )
            { return vector_iterator::operator[]( n ).val; }

        iter &operator++() { vector_iterator::operator++(); return *this; }
        iter operator++(int) { return vector_iterator::operator++(0); }
        iter &operator--() { vector_iterator::operator--(); return *this; }
        iter operator--(int) { return vector_iterator::operator--(0); }

        iter &operator+=( typename vector_iterator::difference_type n )
            { vector_iterator::operator+=( n ); return *this; }
        iter operator+( typename vector_iterator::difference_type n )
            { return vector_iterator::operator+( n ); }
        iter &operator-=( typename vector_iterator::difference_type n )
            { vector_iterator::operator-=( n ); return *this; }
        iter operator-( typename vector_iterator::difference_type n )
            { return vector_iterator::operator-( n ); }
    };

public:
    typedef typename vector_type::size_type size_type;

    void swap( skip_array_base &r ) { v.swap( r.v ); }
    skip_array_base &operator=( skip_array_base const &x ) {
        v = x.v;
        return *this;
    }

    size_type size() const { return v.size() - 2; }
    size_type max_size() const { return v.max_size() - 2; }
    bool empty() const { return v.size() > 2; }

    bool operator== ( skip_array_base const &r ) const { return v == r.v; }
    bool operator!= ( skip_array_base const &r ) const { return v != r.v; }
    bool operator< ( skip_array_base const &r ) const { return v < r.v; }
    bool operator> ( skip_array_base const &r ) const { return v > r.v; }
    bool operator<= ( skip_array_base const &r ) const { return v <= r.v; }
    bool operator>= ( skip_array_base const &r ) const { return v >= r.v; }

    void clear() { v.erase( ++ v.begin(), -- v.end() ); }
};

template< class T, class Alloc >
class sorted_skip_array;

template< class T, class Alloc = std::allocator<T> >
class skip_array_prelim : public skip_array_base< T, Alloc > {
    typedef skip_array_base< T, Alloc > base;
    typedef typename base::vector_type vector_type;
    using skip_array_base< T, Alloc >::v;

public:
    typedef T value_type;
    typedef typename Alloc::reference reference;
    typedef typename Alloc::const_reference const_reference;
    typedef typename base::template iter< value_type > iterator;
    typedef typename base::template iter< const value_type > const_iterator;
    typedef typename vector_type::difference_type difference_type;
    typedef typename vector_type::size_type size_type;
    typedef typename vector_type::allocator_type allocator_type;

    skip_array_prelim( allocator_type const &a = allocator_type() )
        : base( 2, value_type(), a ) {}
    skip_array_prelim( skip_array_prelim const &in )
        : base( in ) {}
    skip_array_prelim( size_type s, value_type const &x = value_type(),
        allocator_type const &a = allocator_type() )
        : base( s + 2, x, a ) {}

    template< class I >
    skip_array_prelim( I first, I last,
        allocator_type const &a = allocator_type(),
        typename I::pointer = typename I::pointer() )
        : base( 1, value_type(), a ) {
        v.insert( v.end(), first, last );
        v.push_back( value_type() );
    }

    iterator begin() { return ++ v.begin(); }
    iterator end() { return -- v.end(); }
    const_iterator begin() const { return ++ v.begin(); }
    const_iterator end() const { return -- v.end(); }

    reference operator[]( size_type n ) { return v[ n + 1 ]; }
    const_reference operator[]( size_type n ) const { return v[ n + 1 ]; }

    iterator insert( iterator pos, value_type const &x )
        { return v.insert( pos, x ); }
    iterator insert( iterator pos, size_type n, value_type const &x )
        { return v.insert( pos, n, x ); }
    template< class I >
    iterator insert( iterator pos, I first, I last,
        typename I::pointer = typename I::pointer() )
        { return v.insert( pos, first, last ); }

    iterator erase( iterator i ) { return v.erase( i ); }
    iterator erase( iterator first, iterator last )
        { return v.erase( first, last ); }
};

template< class T, class Alloc = std::allocator<T> >
class sorted_skip_array : public skip_array_base< T, Alloc > {
    typedef skip_array_base< T, Alloc > base;
    typedef typename base::vector_type vector_type;
    typedef typename vector_type::iterator vector_iterator;
    typedef typename base::node node;
    using skip_array_base< T, Alloc >::v;

    template< class Tcv >
    struct iter : base::template iter< Tcv > {
        typedef std::bidirectional_iterator_tag iterator_category;
        typedef Tcv &reference;
        typedef Tcv *pointer;

        iter() {}
        iter( vector_iterator const &x ) : base::template iter< Tcv >( x ) {}

        iter &operator++() { increment< &node::next, 1 >(); return *this; }
        iter operator++(int)
            { iter r = *this; increment< &node::next, 1 >(); return r; }
        iter &operator--() { increment< &node::prev, -1 >(); return *this; }
        iter operator--(int)
            { iter r = *this; increment< &node::prev, -1 >(); return r; }

    private:
        template< node *node::*link, int inc >
        void increment() {
            vector_iterator memo = *this; // un-consts a const_iterator
            node *pen = &*( memo += inc );
            while ( pen->*link && pen->*link != pen ) pen = pen->*link;
            *this = iter( vector_iterator( (*memo).*link = pen ) );
        }
    };

public:
    typedef T value_type;
    typedef typename Alloc::reference reference;
    typedef typename Alloc::const_reference const_reference;
    typedef iter< T > iterator;
    typedef iter< const T > const_iterator;
    typedef typename vector_type::difference_type difference_type;
    typedef typename vector_type::size_type size_type;

    sorted_skip_array( skip_array_prelim<T,Alloc> &x ) {
        sort( x.begin(), x.end() );
        swap( x );
    }

    iterator begin() { return ++ iterator( v.begin() ); }
    iterator end() { return iterator( -- v.end() ); }
    const_iterator begin() const { return ++ const_iterator( v.begin() ); }
    const_iterator end() const { return const_iterator( -- v.end() ); }

    iterator erase( iterator i ) {
        vector_iterator vi = i;
        vi->prev = &* vi[-1];
        vi->next = &* vi[1];
        //vi->val->~value_type(); // don't bother with allocator rigmarole
        return ++ i;
    }
    iterator erase( iterator first, iterator last ) {
        if ( first != last ) {
            vector_iterator vf = first, vl = last - 1;
            vl->prev = &* vf[-1];
            vf->next = &* vl[1];
        }
        return last;
    }
};