哨兵/sentinel：在算法设计中的应用

哨兵(sentinel)
昨天看算法导论里对哨兵的描述后，觉得这是一种很有意思的编程思想。
哨兵是一个哑对象。一般哨兵不存放任何数据，但其结构体与其他有用的元素一致。
正如其字面意思，哨兵是在边界保卫祖国的军人，所以在编程的世界里，哨兵充当着简化边界条件处理的角色。

比较常见的应用是直接插入排序里的哨兵。
在直接插入排序里使用数组首位A[0]作为哨兵，这里的哨兵有两个作用：
1、暂时存放待插入的元素和防止数组下标越界。
2、简化了判断上的表达：循环头部的控制条件应为j>0与A[j]>t转化成比较一次：A[j]>A[0]

再比如算法导论里介绍的一个加上了哨兵的双向循环链表（书p238）。
在这个数据结构里，为了简化对边界条件的判断与维护，单独地生成一个结构对象与其他链表结点一致的结点，prev域指向表尾，next域指向表头。
正因为next域指向表头，在对链表处理的过程中可以省去头指针，直接用对哨兵的引用来代替对头指针的引用。
如图所示：（图自算法导论P238）

又比如扫雷游戏，每次点击一个格子就要扫描相邻的8个格子。当点击到边界的时候，相邻不足8个格子，这时候就可以在设计游戏的时候为边界外圈加上隐藏的一层格子。这样就可以使所有的操作一致化，不需要对边界的条件作出特殊的处理。

总结：
1、哨兵基本不能降低数据结构相关操作的渐近时间界，但其可以降低常数因子。
2、哨兵的设计可以使得代码更简洁，可以省去一些由于边界环境不同而作出的特殊处理。
3、在某些情况下哨兵可以使得循环语句更紧凑，降低运行时间里n或者n²项的系数。
4、慎用：哨兵会占用额外的内存。当使用哨兵的开销较大时，有可能会造成严重的浪费。