异或链表(XOR linked list)
异或链表(Xor Linked List)也是一种链式存储结构,它可以降低空间复杂度达到和双向链表一样目的,任何一个节点可以方便的访问它的前驱节点和后继结点。可以参阅wiki
普通的双向链表
class Node {
public:
int data;
Node *prev;
Node *next;
}; class BiLinkedList {
public:
Node *head;
Node *tail;
};
普通双向链表的一个节点表示如下:
完整的普通双向链表如下所示:
对于异或链表来说,只是用一个xorPtr指针取代prev和next两个指针,这对于空间效率是一个提升。
template<typename ElemType>
class XorNode {
public:
ElemType data;
XorNode<ElemType> *xorPtr;
XorNode(ElemType data):data(data) { }
}; template<typename ElemType>
class XorLinkedList {
public:
XorNode<ElemType> *head;
XorNode<ElemType> *tail;
}
异或链表如下图所示,每一个Node记录data数据和xorPtr异或指针,异或指针记录前后两个指针的地址值的异或值
B的异或指针如下构造
B->xorPtr = addr(A) ⊕ addr(C)
获取B的前驱A的地址
addr(A) = B->xorPtr ⊕ addr(C)
获取B的后继C的地址
addr(C) = B->xorPtr ⊕ addr(A)
通过以上的几种操作,就可以遍历整个链表,在处理添加、插入、删除等操作时同普通的双向链表类似,在纸上多画画之间的关系就OK。
记得处理边界,比如只剩一个节点进行删除操作时候,要判断前继和后驱Node是否为NULL,操作前要进行链表是否为空和越界的判断,xor是关键字。
另外,B的xorPtr也可以类似的使用加法运算A+C, 假设B的指针是ptr,B的前驱为B->ptr – C, B的后继为B->ptr-A。
指针转换为无符号整形,然后进行异或操作。
这些异或和加法相关的操作都是针对指针值的本身,即指针转换为无符号整型数的结构,不能跟指针的运算操作混淆。
下面就是完整的代码。
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
#define ERROR -1 // XorNode Class
template<typename ElemType>
class XorNode {
public:
ElemType data;
XorNode<ElemType> *xorPtr;
XorNode(ElemType data):data(data) { }
}; // XorLinkedList Class
template<typename ElemType>
class XorLinkedList {
public:
XorNode<ElemType> *head;
XorNode<ElemType> *tail;
int size; // constructor function
XorLinkedList() {
head = NULL;
tail = NULL;
size = 0;
} // is xorlinkedlist empty
bool isEmpty() {
return head == NULL && tail == NULL;
} // xorlinkedlist length
int length() {
return size;
} // add element into back
void addBack(ElemType e) {
XorNode<ElemType> *newNode = new XorNode<ElemType>(e);
if (isEmpty()) {
newNode->xorPtr = xor_func(NULL, NULL);
head = newNode;
tail = newNode;
} else {
newNode->xorPtr = xor_func(tail, NULL);
tail->xorPtr = xor_func(xor_func(tail->xorPtr, NULL), newNode);
tail = newNode;
}
size++;
} //add element into front
void addFront(ElemType e) {
XorNode<ElemType> *newNode = new XorNode<ElemType>(e);
if (isEmpty()) {
newNode->xorPtr = xor_func(NULL, NULL);
head = newNode;
tail = newNode;
} else {
newNode->xorPtr = xor_func(NULL, head);
head->xorPtr = xor_func(newNode, xor_func(head->xorPtr, NULL));
head = newNode;
}
size++;
} // pop element from back
ElemType popBack() {
if (isEmpty()) {
cout << "XorLinkedList is empty." << endl;
return ERROR;
}
XorNode<ElemType> *tmpNode = tail;
ElemType ret = tail->data; tail = xor_func(tail->xorPtr, NULL);
if (tail) tail->xorPtr = xor_func(xor_func(tail->xorPtr, tmpNode), NULL);
else head = NULL;
delete[] tmpNode;
size--;
return ret;
} // pop element from front
ElemType popFront() {
if (isEmpty()) {
cout << "XorLinkedList is empty." << endl;
return ERROR;
}
XorNode<ElemType> *tmpNode = head;
ElemType ret = head->data;
head = xor_func(NULL, head->xorPtr);
// if not pop last node, set the xorPtr
if (head) head->xorPtr = xor_func(NULL, xor_func(head->xorPtr, tmpNode));
else tail = NULL;
delete[] tmpNode;
size--;
return ret;
} // return the value of pos
ElemType getValue(int pos) {
if (pos < 0 || pos >= length()) {
cout << "pos ranges from " << 0 << " to " << length() - 1 << endl;
return ERROR;
}
int step = 0;
XorNode<ElemType> *curNode = NULL;
if (pos <= length()/2) {
curNode = head;
step = pos;
} else {
curNode = tail;
step = length() - pos - 1;
}
int i = 0;
XorNode<ElemType> *otherNode = NULL, *tmpNode = NULL;
while (i < step && curNode != NULL) {
tmpNode = curNode;
curNode = xor_func(curNode->xorPtr, otherNode);
otherNode = tmpNode;
i++;
}
return curNode->data;
} // insert a node before pos
void insert(ElemType e, int pos) {
if (pos < 0 || pos > length()) {
cout << "pos ranges from " << 0 << " to " << length() << endl;
cout << "0: add element in front, " << length() << ": add element in back." << endl;
return;
}
// deal with front and back
if (pos == 0) addFront(e);
else if(pos == length()) addBack(e);
else {
XorNode<ElemType> *curNode = NULL, *tmpNode = NULL, *otherNode = NULL;
int i = 0;
curNode = head;
// find the pos
while (i < pos && curNode != NULL) {
tmpNode = curNode;
curNode = xor_func(curNode->xorPtr, otherNode);
otherNode = tmpNode;
i++;
}
// insert the newNode before pos
XorNode<ElemType> *newNode = new XorNode<ElemType>(e);
newNode->xorPtr = xor_func(curNode, otherNode);
otherNode->xorPtr = xor_func(xor_func(otherNode->xorPtr, curNode), newNode);
curNode->xorPtr = xor_func(newNode, xor_func(otherNode, curNode->xorPtr));
size++;
}
} // delete the element at pos
void remove(int pos) {
if (isEmpty()) {
cout << "XorLinkedList is empty" << endl;
return;
}
if (pos < 0 || pos >= length()) {
cout << "pos ranges from " << 0 << " to " << length()-1 << endl;
return;
}
if (pos == 0) popFront();
else if (pos == length()) popBack();
else {
int step = 0;
XorNode<ElemType> *curNode = NULL;
if (pos <= length()/2) {
curNode = head;
step = pos;
} else {
curNode = tail;
step = length() - pos - 1;
}
int i = 0;
XorNode<ElemType> *otherNode = NULL, *tmpNode = NULL, *nextNode = NULL;
while (i < step && curNode != NULL) {
tmpNode = curNode;
curNode = xor_func(curNode->xorPtr, otherNode);
otherNode = tmpNode;
i++;
}
nextNode = xor_func(curNode->xorPtr, otherNode);
if (otherNode) otherNode->xorPtr = xor_func(xor_func(otherNode->xorPtr, curNode), nextNode);
if (nextNode) nextNode->xorPtr = xor_func(otherNode, xor_func(nextNode->xorPtr, curNode));
delete[] curNode;
size--;
} } // traverse the xorlinkedlist.
// f: head -> tail
// r: tail -> head
void traverse(char direction = 'f') {
if (isEmpty()) {
cout << "XorLinkedList is empty" << endl;
return;
} if (direction != 'f' && direction != 'r') {
cout << "direction error, 'f' or 'r'." << endl;
return;
} XorNode<ElemType> *curNode = NULL, *otherNode = NULL, *tmpNode = NULL;
if (direction == 'f') curNode = head; // head -> tail
else if (direction == 'r') curNode = tail; // tail -> head
do {
cout << curNode->data << " ";
tmpNode = curNode;
curNode = xor_func(curNode->xorPtr, otherNode);
otherNode = tmpNode;
} while (curNode != NULL);
cout << endl;
} private:
XorNode<ElemType>* xor_func(XorNode<ElemType> *a, XorNode<ElemType> *b) {
return (XorNode<ElemType>*)((unsigned long)(a) ^ (unsigned long)(b));
}
}; int main() {
XorLinkedList<int> xll;
xll.insert(1,0);
xll.insert(2,1);
xll.insert(3,1);
xll.traverse('f');
// for (int i = 0; i < 3; i++)
// cout << xll.popBack() << endl;
xll.remove(1);
xll.traverse('f');
cout << endl;
return 0;
}
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