636. 函数的独占时间 : 简单栈运用模拟题

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题目描述

这是 LeetCode 上的 636. 函数的独占时间 ，难度为 中等。

Tag : 「模拟」、「栈」

有一个单线程 CPU 正在运行一个含有 n 道函数的程序。每道函数都有一个位于  0 和 n-1 之间的唯一标识符。

函数调用 存储在一个调用栈上 ：当一个函数调用开始时，它的标识符将会推入栈中。而当一个函数调用结束时，它的标识符将会从栈中弹出。标识符位于栈顶的函数是当前正在执行的函数。每当一个函数开始或者结束时，将会记录一条日志，包括函数标识符、是开始还是结束、以及相应的时间戳。

给你一个由日志组成的列表 logs ，其中 logs[i] 表示第 i 条日志消息，该消息是一个按 "{function_id}:{"start" | "end"}:{timestamp}" 进行格式化的字符串。例如，"0:start:3" 意味着标识符为 0 的函数调用在时间戳 3 的 起始开始执行 ；而 "1:end:2" 意味着标识符为 1 的函数调用在时间戳 2 的末尾结束执行。注意，函数可以调用多次，可能存在递归调用 。

函数的「独占时间」定义是在这个函数在程序所有函数调用中执行时间的总和，调用其他函数花费的时间不算该函数的独占时间。例如，如果一个函数被调用两次，一次调用执行 2 单位时间，另一次调用执行 1 单位时间，那么该函数的独占时间为 2 + 1 = 3 。

以数组形式返回每个函数的独占时间，其中第 i 个下标对应的值表示标识符 i 的函数的独占时间。

示例 1：

输入：n = 2, logs = ["0:start:0","1:start:2","1:end:5","0:end:6"]

输出：[3,4]

解释：
函数 0 在时间戳 0 的起始开始执行，执行 2 个单位时间，于时间戳 1 的末尾结束执行。 
函数 1 在时间戳 2 的起始开始执行，执行 4 个单位时间，于时间戳 5 的末尾结束执行。 
函数 0 在时间戳 6 的开始恢复执行，执行 1 个单位时间。 
所以函数 0 总共执行 2 + 1 = 3 个单位时间，函数 1 总共执行 4 个单位时间。 

示例 2：

输入：n = 1, logs = ["0:start:0","0:start:2","0:end:5","0:start:6","0:end:6","0:end:7"]

输出：[8]

解释：
函数 0 在时间戳 0 的起始开始执行，执行 2 个单位时间，并递归调用它自身。
函数 0（递归调用）在时间戳 2 的起始开始执行，执行 4 个单位时间。
函数 0（初始调用）恢复执行，并立刻再次调用它自身。
函数 0（第二次递归调用）在时间戳 6 的起始开始执行，执行 1 个单位时间。
函数 0（初始调用）在时间戳 7 的起始恢复执行，执行 1 个单位时间。
所以函数 0 总共执行 2 + 4 + 1 + 1 = 8 个单位时间。

示例 3：

输入：n = 2, logs = ["0:start:0","0:start:2","0:end:5","1:start:6","1:end:6","0:end:7"]

输出：[7,1]

解释：
函数 0 在时间戳 0 的起始开始执行，执行 2 个单位时间，并递归调用它自身。
函数 0（递归调用）在时间戳 2 的起始开始执行，执行 4 个单位时间。
函数 0（初始调用）恢复执行，并立刻调用函数 1 。
函数 1在时间戳 6 的起始开始执行，执行 1 个单位时间，于时间戳 6 的末尾结束执行。
函数 0（初始调用）在时间戳 7 的起始恢复执行，执行 1 个单位时间，于时间戳 7 的末尾结束执行。
所以函数 0 总共执行 2 + 4 + 1 = 7 个单位时间，函数 1 总共执行 1 个单位时间。 

示例 4：

输入：n = 2, logs = ["0:start:0","0:start:2","0:end:5","1:start:7","1:end:7","0:end:8"]

输出：[8,1]

示例 5：

输入：n = 1, logs = ["0:start:0","0:end:0"]

输出：[1]

提示：

• $1 <= n <= 100$
• $1 <= logs.length <= 500$
• $0 <= function_id < n$
• $0 <= timestamp <= 10^9$
• 两个开始事件不会在同一时间戳发生
• 两个结束事件不会在同一时间戳发生
• 每道函数都有一个对应 "start" 日志的 "end" 日志

模拟

我们使用「栈」来模拟执行过程：当一个函数被调用（op = start）时，压入栈内，当函数调用完成（op = end）时，从栈顶弹出（此时栈顶元素必然是该结束函数的入栈记录），使用变量 cur 记录当前时间。

从前往后处理所有的 $log[i]$，根据 $log[i]$ 是属于函数调用还是函数结束进行分情况讨论：

• 当 $log[i]$ 为函数调用：此时从该函数的调用发起时间 ts 到上一次记录的当前时间，都是前一函数的执行时间，因此可以将 ts - cur 累加到栈帧中的前一函数。即若栈不为空，则将该时间累加到栈顶对应的函数上，然后将 $log[i]$ 入栈，同时更新当前时间；
• 当 $log[i]$ 为函数结束：此时栈顶元素必然是该函数的调用记录，此时 $log[i]$ 的结束时间与上一次记录的当前时间的时长 ts - cur + 1，必然是该函数的执行时间，将其累加到当前函数中，并更新当前时间。

Java 代码：

class Solution {
    public int[] exclusiveTime(int n, List<String> logs) {
        int[] ans = new int[n];
        Deque<Integer> d = new ArrayDeque<>();
        int cur = -1;
        for (String log : logs) {
            String[] ss = log.split(":");
            int idx = Integer.parseInt(ss[0]), ts = Integer.parseInt(ss[2]);
            if (ss[1].equals("start")) {
                if (!d.isEmpty()) ans[d.peekLast()] += ts - cur;
                d.addLast(idx);
                cur = ts;
            } else {
                int func = d.pollLast();
                ans[func] += ts - cur + 1;
                cur = ts + 1;
            }
        }
        return ans;
    }
}

TypeScript 代码：

function exclusiveTime(n: number, logs: string[]): number[] {
    const ans = new Array<number>(n).fill(0)
    const stk = new Array<number>()
    let he = 0, ta = 0, cur = -1
    for (let log of logs) {
        const ss = log.split(":")
        const idx = Number(ss[0]), ts = Number(ss[2])
        if (ss[1] == "start") {
            if (he < ta) ans[stk[ta - 1]] += ts - cur
            stk[ta++] = idx
            cur = ts
        } else {
            const func = stk[--ta]
            ans[func] += ts - cur + 1
            cur = ts + 1
        }
    }
    return ans
};

• 时间复杂度：$O(n)$
• 空间复杂度：$O(n)$

最后

这是我们「刷穿 LeetCode」系列文章的第 No.636 篇，系列开始于 2021/01/01，截止于起始日 LeetCode 上共有 1916 道题目，部分是有锁题，我们将先把所有不带锁的题目刷完。

在这个系列文章里面，除了讲解解题思路以外，还会尽可能给出最为简洁的代码。如果涉及通解还会相应的代码模板。

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