如何解决Common Lisp 中的双链表 函数空元素的前向声明定义结构实例化一个元素单个空元素值
我想在SBCL中实现一个简单的双链表,关键结构如下
(defstruct element
(value 0 :type fixnum)
(next nil :type element)
(prev nil :type element))
问题是,不可能实例化第一个元素,因为 next 和 prev 都不可能为 nil。它们的类型是元素,所以它们必须是一个实例。
如果我删除 type 属性,这个问题基本上很容易解决。但事实是,这部分程序需要非常快,所以我想给优化器一个充分利用它的机会。
有没有其他方法可以指定成员的类型并使它们为零?或者更好:有没有办法创建一个带有 next 和 prev 引用实例本身的启动实例?
解决方法
还可以设置层次结构:
(defstruct element)
(defstruct (null-element (:include element)))
(defstruct (link-element (:include element))
(value 0 :type fixnum)
(next (make-null-element) :type element)
(prev (make-null-element) :type element))
使用:
* (compile-file "linked-list.lisp")
; compiling file "/Users/joswig/Desktop/linked-list.lisp"
; (written 08 APR 2021 12:58:56 PM):
; processing (DEFSTRUCT ELEMENT)
; processing (DEFSTRUCT (NULL-ELEMENT #))
; processing (DEFSTRUCT (LINK-ELEMENT #) ...)
; wrote /Users/joswig/Desktop/linked-list.fasl
; compilation finished in 0:00:00.032
#P"/Users/joswig/Desktop/linked-list.fasl"
NIL
NIL
* (load *)
T
* (make-link-element)
#S(LINK-ELEMENT :VALUE 0
:NEXT #S(NULL-ELEMENT)
:PREV #S(NULL-ELEMENT))
,
(defstruct element
(value 0 :type fixnum)
(next nil :type (or element null))
(prev nil :type (or element null)))
,
让 NIL 表示空元素并没有错,但如果你真的想强制类型,你可以按如下方式进行。
ALLOCATE-INSTANCE
泛型函数(但显然不是 INITIALIZE-INSTANCE
)被指定用于处理 STRUCTURE-CLASS
的实例。
函数空元素的前向声明
此函数返回类型 element
的空值。
使用 SBCL,如果您一次编译所有定义(即使用 compile-file
),则不是绝对必要的。
(declaim (ftype function null-element))
定义结构
values 的 initform 是对 null-element
的调用,以便在形成新结构时该值满足类型。没有为这个结构定义构造函数,这使得手动构建它变得更加困难(并避免命名问题)。
(defstruct (element (:constructor nil))
(value 0 :type fixnum)
(next (null-element) :type element)
(prev (null-element) :type element))
实例化一个元素
这里的代码分配了结构,但没有初始化它。这避免了 sbcl 可能会自动检查其插槽类型的问题。这里,插槽的内容在分配后是未定义的,但随后它们被设置为适当类型的值(元素本身)。
(defun make-element (value)
(let ((element (allocate-instance (find-class 'element))))
(prog1 element
(setf (element-value element) value
(element-next element) element
(element-prev element) element))))
如果使用类,我会改为调用 initialize-instance
,但我认为这不会适用于所有实现。使用 setf
直接设置插槽有效。
在这里,我将回答您的问题,并让元素具有指向自身的链接。
或者更好:有没有办法创建一个带有 next 和 prev 引用实例本身的启动实例?
您也可以让字段为 (null-element)
,但这只是设计选择的问题。
单个空元素值
调用 (null-element)
返回一个表示空元素的标记值。在这里,我在加载时分配一个 element
实例,并在每次调用时返回相同的实例。存储在节点中的实际值并不重要。正如 RainerJoswig 所指出的,空元素可能是一个没有这样值的结构体的实例。
(defun null-element ()
(load-time-value (make-element 0)))
(defun null-element-p (element)
(eq element (null-element)))
,
我想给优化器一个充分利用它的机会。
如果您希望双向链表代码尽可能快,请不要使用 nil
终止指针。
使用哨兵节点终止链表,有效地使其循环。
也就是说,空链表是一个指向自身的节点:
(defun make-dl-list()
(let ((do (make-element)))
(setf (element-next sentinel) dl
(element-prev sentinel) dl)
dl))
列表的头部是(element-next list)
。如果该值是列表本身,则列表为空:
(defun dl-list-empty (dl)
(eq (element-next dl) dl))
在前面插入:
(defun dl-insert-front (list node)
(let ((head (element-next list)))
(setf (elem-next node) head
(elem-prev node) list
(elem-prev head) node
(elem-next list) node)))
删除节点:不需要指向列表的指针!
(defun dl-delete-node (node)
(let ((next (elem-next node))
(prev (elem-prev node))
(setf (elem-next prev) next
(elem-prev next) prev)))
注意这些操作都没有执行任何测试;它们只是更新指针的基本代码块。
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