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2022q1 Homework1 (quiz1)
contributed by < 2020leon >
作業要求
- 重新回答第 1 周測驗題從測驗一到測驗四，附帶的「延伸問題」也需要完成
- 解釋程式運作原理時，應提供對應的 Graphviz 圖例，可參照 Linked List 題目 1 + 分析
- 比照 課前測驗參考解答: Q1, Linked list 題目分析 和 參考題解 的模式來撰寫共筆，需要詳細分析自己的思路、參閱的材料 (以第一手材料為主，包含 C 語言規格書的章節)，以及進行相關實驗。
- 將你的共筆加到 2022q1 Homework1 (作業區)
測驗題目
測驗 1
測驗 1 資料結構
從題目中萃取資料結構。
struct hlist_node { struct hlist_node *next, **pprev; };
struct hlist_head { struct hlist_node *first; };
typedef struct { int bits; struct hlist_head *ht; } map_t;
struct hash_key {
int key;
void *data;
struct hlist_node node;
};
- The image file may be corrupted
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- The image path is incorrect
- The image format is not supported
map_t為一雜湊表的實做，其最主要的成員為ht，即一指向struct hlist_head的指標。而bits則為定義其大小。然bits並非直接定義map_t的大小，其值表示以二為底的指數。更明確來說，map_t的大小為二的bits次方。此可由以下巨集得知及函式實做得知#define MAP_HASH_SIZE(bits) (1 << bits)map->ht = malloc(sizeof(struct hlist_head) * MAP_HASH_SIZE(map->bits));struct hlist_head僅為struct hlist_node的包裝struct hlist_node內含next指向下一個節點，及pprev指向前一個節點的next成員struct hash_key可理解為繼承struct hlist_node的結構，用於儲存資料本身
測驗 1 填空
本題主要針對下方函式填空。
void map_add(map_t *map, int key, void *data)
{
struct hash_key *kn = find_key(map, key);
if (kn)
return;
kn = malloc(sizeof(struct hash_key));
kn->key = key, kn->data = data;
struct hlist_head *h = &map->ht[hash(key, map->bits)];
struct hlist_node *n = &kn->node, *first = h->first;
AAA;
if (first)
first->pprev = &n->next;
h->first = n;
BBB;
}
該函式主要目的為新增一筆資料至 hash table 中。藉 first->pprev = &n->next 可知該函式會將欲插入的資料放置至 list 的頭位置，因此 AAA 或 BBB 要分別針對 n 的 pprev 和 next 賦值。其中 n->next = first 、 n->pprev = &h->first （ h 為指向該 list 的頭結構 struct hlist_head 的指標），最後根據選項將上述二賦值式分別填入其中。
| 陳述式 | 答案 |
|---|---|
AAA |
n->next = first |
BBB |
n->pprev = &h->first |
測驗 2
測驗 2 資料結構
從題目中萃取資料結構。
struct ListNode {
int val;
struct ListNode *next;
};
struct ListNode為一簡單的單向 linked list
測驗 2 填空
struct ListNode *deleteDuplicates(struct ListNode *head)
{
if (!head)
return NULL;
if (COND1) {
/* Remove all duplicate numbers */
while (COND2)
head = head->next;
return deleteDuplicates(head->next);
}
head->next = deleteDuplicates(head->next);
return head;
}
本題需針對上述程式碼中的 COND1 及 COND2 進行填空。藉由觀察上述程式碼可發現其為一遞迴函式：藉遞迴的方式將重複的數字移除。
填空時可由內而外解題。由於本函式的目的為將重複的數字移除，故先推論 COND2 為 head->val == head->next->val ，又因在比較時須確保 head->next 不為 NULL ，因此其應為 head->next && head->val == head->next->val 。再看 COND1 ，由於只有含重複數字的 list 才需進入該區塊，因此條件同 COND2 。
| 陳述式 | 答案 |
|---|---|
COND1 |
head->next && head->val == head->next->val |
COND2 |
head->next && head->val == head->next->val |
避免遞迴版本
struct ListNode *_deleteDuplicates(struct ListNode *head)
{
struct ListNode *_head = NULL, **pptr = &_head;
while (head) {
while (head && head->next && head->val == head->next->val) {
/* Remove all duplicate numbers */
while (head->next && head->val == head->next->val)
head = head->next;
head = head->next;
}
*pptr = head;
if (head) {
pptr = &head->next;
head = head->next;
}
}
return _head;
}
Circular Doubly-linked List 版本
參見：linux2022-lab0#q_delete_dup
測驗 3
測驗 3 資料結構
typedef struct {
int capacity, count;
struct list_head dhead, hheads[];
} LRUCache;
typedef struct {
int key, value;
struct list_head hlink, dlink;
} LRUNode;
LRUCache內含四個成員：capacity為定義快取的大小、count為紀錄目前有效內容的變數、dhead為快取的所在、hheads為 flexible array member ，內容為所有的資料LRUNode為用於儲存資料的結構，內含四個成員：key為搜尋時的唯一值，value為所儲存的資料、hlink為在LRUCache::hheads[]中的struct list_head結構、dlink則為在LRUCache::dhead中的struct list_head結構
測驗 3 填空
本題需針對下方各區塊程式碼的 MMM1 、 MMM2 、 MMM3 及 MMM4 進行填空，其均為 Linux 核心風格的 list 巨集，以 list_ 開頭。
首先是 MMM1 。
void lRUCacheFree(LRUCache *obj)
{
LRUNode *lru, *n;
MMM1 (lru, n, &obj->dhead, dlink) {
list_del(&lru->dlink);
free(lru);
}
free(obj);
}
其答案應為 list_for_each_entry_safe 。藉由函式名稱得知此函式應會刪除所有的節點，因此在所有 list_for_each_ 開頭及 _safe 結尾的巨集均為候選，再來根據資料型態可知應填 list_for_each_entry_save 。
再來是 MMM2 。
int lRUCacheGet(LRUCache *obj, int key)
{
LRUNode *lru;
int hash = key % obj->capacity;
MMM2 (lru, &obj->hheads[hash], hlink) {
if (lru->key == key) {
list_move(&lru->dlink, &obj->dhead);
return lru->value;
}
}
return -1;
}
該函式功能為遍歷 obj->hheads[hash] 以尋找對應的值，並將找到的值放入 obj->dhead 中。根據功能及資料型態，答案應為 list_for_each_entry 。
最後是 MMM3 及 MMM4 。
void lRUCachePut(LRUCache *obj, int key, int value)
{
LRUNode *lru;
int hash = key % obj->capacity;
MMM3 (lru, &obj->hheads[hash], hlink) {
if (lru->key == key) {
list_move(&lru->dlink, &obj->dhead);
lru->value = value;
return;
}
}
if (obj->count == obj->capacity) {
lru = MMM4(&obj->dhead, LRUNode, dlink);
list_del(&lru->dlink);
list_del(&lru->hlink);
} else {
lru = malloc(sizeof(LRUNode));
obj->count++;
}
lru->key = key;
list_add(&lru->dlink, &obj->dhead);
list_add(&lru->hlink, &obj->hheads[hash]);
lru->value = value;
}
MMM3 的功能同 MMM2 ，因此填 list_for_each_entry 。
MMM4 是要在快取已滿的情況下從相關的 list 移除節點。觀察 lRUCacheGet 與 lRUCachePut 可知最新的節點會在 list 的頭部，為符合 LRU ，須將位在最尾端的節點移除，因此答案應為 list_last_entry 。
| 陳述式 | 答案 |
|---|---|
MMM1 |
list_for_each_entry_save |
MMM2 |
list_for_each_entry |
MMM3 |
list_for_each_entry |
MMM4 |
list_last_entry |
測驗 4
測驗 4 資料結構
struct seq_node {
int num;
struct list_head link;
};
struct seq_node內含兩個成員：num用於儲存數字、而link則是用於串接其他struct list_head物件用的
測驗 4 填空
本題需要填空的空格為 LLL 及 RRR 。
int longestConsecutive(int *nums, int n_size)
{
int hash, length = 0;
struct seq_node *node;
struct list_head *heads = malloc(n_size * sizeof(*heads));
for (int i = 0; i < n_size; i++)
INIT_LIST_HEAD(&heads[i]);
for (int i = 0; i < n_size; i++) {
if (!find(nums[i], n_size, heads)) {
hash = nums[i] < 0 ? -nums[i] % n_size : nums[i] % n_size;
node = malloc(sizeof(*node));
node->num = nums[i];
list_add(&node->link, &heads[hash]);
}
}
for (int i = 0; i < n_size; i++) {
int len = 0;
int num;
node = find(nums[i], n_size, heads);
while (node) {
len++;
num = node->num;
list_del(&node->link);
int left = num, right = num;
while ((node = find(LLL, n_size, heads))) {
len++;
list_del(&node->link);
}
while ((node = find(RRR, n_size, heads))) {
len++;
list_del(&node->link);
}
length = len > length ? len : length;
}
}
return length;
}
此函式輸入一個整數陣列，輸出 Longest Consecutive Sequence 的長度。函式 longestConsecutive 上半部將整數陣列轉換成 struct list_head 。觀察 LLL 及 RRR 的位置，可知其嘗試在 list 中尋找是否有鄰近的數字。觀察變數 left 和 right 的宣告，可得其初始值均為 num ，也就是 node->num 。因此在尋找鄰近數字時，應尋找已經加一或減一的數值。綜觀選項， LLL 應填入 --left ，而 RRR 應填入 ++right 。
| 陳述式 | 答案 |
|---|---|
LLL |
--left |
RRR |
++right |
