块状链表数据结构

块状链表是结合了链表和线性表的存储结构, 综合性能可观, 可用于部分算法中的空间存储;

部分常量的宏定义:

#ifndef __DEFAULT_LINK_BLOCK_SIZE__
    /** @brief 创建块状链表存储的默认单块长度 size */
    #define __DEFAULT_LINK_BLOCK_SIZE__ 256
#endif

#ifndef __MAX_LINK_BLOCK_SIZE__
    /** @brief 创建块状链表存储的单块最大长度 size */
    #define __MAX_LINK_BLOCK_SIZE__ 65536
#endif

基本数据结构:

    /** 块状链表节点
     * @tparam Value_Type data 中的数据类型
     */
    template <typename Value_Type> 
    struct Link_Block_Node {
        /** 上一个节点 */
        Link_Block_Node<Value_Type>* prev;
        /** 下一个节点 */
        Link_Block_Node<Value_Type>* next;
        /** 当前节点的长度容量 */
        Idx length;
        /** 当前节点已使用的长度 */
        Idx used_length;
        /** 当前节点内的数据 */
        Value_Type* data;
    };

简单示例

$0 \\ \uparrow \\ [a_0,a_1,a_2,...,a_{used\_ length-1},...(void)] \\ \uparrow \downarrow \\ [b_0,b_1,b_2,...,b_{used\_ length-1},...(void)] \\ \uparrow \downarrow \\ [c_0,c_1,c_2,...,c_{used\_ length-1},...(void)] \\ \downarrow \\ 0 \\$
- 其中 void 指该节点中下标范围为 [used_length,length) 的位置, 它们作为节点的空闲空间存在;
- 双向链表, 头部的 prev 和尾部的 next 应为空指针 (0);
- 应该禁止出现 prev 和 next 的节点不对应 (a.next==b && b.prev!=a) 的情况;

基本操作

操作配置

    /** 操作块状链表时的设置 */
    typedef struct Option_Act_LinkBlock{
        /** 腾挪空间时 向后查找空闲空间的最大寻址节点个数 */
        int find_free_max_after_node_count;
        /** 腾挪空间时 向前查找空闲空间的最大寻址节点个数 */
        int find_free_max_before_node_count;
        /** 插入操作时追加节点的数据长度, 使用 0 表示禁止自动追加节点 */
        Idx ex_link_block_length;
        /** 当擦除/覆盖时 是否对每个内容 delete*/
        bool flag_delete_data_item;
    } Option_Act_LinkBlock;

使用下标获取元素 / 节点 (get_Item__LinkBlock)
- 以传入的参数节点为 0 下标的位置, 相当于以节点的 used_length 建立显式查找表进行查找; 返回目标元素, 并可以使用指针参数接收其他输出; 详细说明查阅代码 NML_Link_Block.hpp
- 简单示例: $N=\{a,b,...\} \\ F_{get\_Item\_\_LinkBlock}(N,i)=\{a_0,a_1,a_2,...,a_{used\_ length}, b_0,b_1,b_2,...,b_{used\_ length},...\}[i]$
擦除内容 (erase_LinkBlock)
- 擦除 get_Item__LinkBlock(node, index) 至 get_Item__LinkBlock(node, index+erase_length) 间的内容; 修改对应的节点中的 data 和 used_length

向前/向后移动数据以腾出空闲空间

简单示例 (此处为向后移动数据,且移动时影响到多个节点时过程) :

index=2, offset=11;
move before :
                            index+offset=13 ([1][1])
    index ([0][2])                  ↓
        ↓                           ↓
    [1,2,3,4,5,6,7,8,9, , , ] <-> [a,b,c,d, , , , , ] <-> [e,f,g, , , , , , ] ...
        -------------------------   ---------------------   -------------
        length=+12;                 +9;                     +9              =sum(length)   =30
        used=+9;                    +4;                     +3              =sum(used)     =16
        free=+3                     +5                      +6              =length-used   =14 
        // 当 free>offset时不再继续寻找节点
        
moved after :
  // 当可用节点中空闲空间不足以腾出offset参数的空间时, 尽量腾出空间并返回成功腾出的空间的长度
  return[ , , , , , , , , ,       , , ].length => min(offset,free)
    [1,2, , , , , , , , , , ] <-> [ , ,3,4,5,6,7,8,9] <-> [a,b,c,d,e,f,g, , ]
         ↑                                                             ↑
      _out_index=2;                              对齐到尾部的下标 used+offset=27 ([2][6])
    ↑
  _out_node
        new_used=2;                  new_used=9;              new_used=7;

向前挪动也是类似的;

插入/替换内容
- 擦除;
- 腾挪出空间;
- 是否成功腾挪出空间? 继续 : 新增节点 or 弹出错误;
- 写入;
销毁/释放
- 从头到尾 delete 即可;
合并节点将每个节点的 [0,used_length) 数据拷贝到一个新的足够大的节点中; 然后重新设置前后节点的指针; 最后销毁旧节点;
计算适合的长度 (手动计算)
- 设 d = __DEFAULT_LINK_BLOCK_SIZE__
- 适合的长度 $L_{node} = d⌈ \frac{L{data}}{d} ⌉$