Другие связные структуры

Используя указатели, можно построить множество других полезных разновидностей связных структур, таких как деревья, нерегулярные массивы, разреженные массивы, графы и сети. Ячейка может содержать любое число указателей на другие ячейки. Например, для создания двоичного дерева можно использовать ячейку, содержащую два указателя, один на левого потомка, и второй – на правого. Класс BinaryCell может состоять из следующих определений:

 

Public LeftChild As BinaryCell

Public RightChild As BinaryCell

 

На рис. 2.11 показано дерево, построенное из ячеек такого типа. В 6 главе деревья обсуждаются более подробно.

Ячейка может даже содержать коллекцию или связный список с указателями на другие ячейки. Это позволяет программе связать ячейку с любым числом других объектов. На рис. 2.12 приведены примеры других связных структур данных. Вы также встретите похожие структуры далее, в особенности в 12 главе.

Псевдоуказатели

При помощи ссылок в Visual Basic можно легко создавать связные структуры, такие как списки, деревья и сети, но ссылки требуют дополнительных ресурсов. Счетчики ссылок и проблемы с распределением памяти замедляют работу структур данных, построенных с использованием ссылок.

Другой стратегией, которая часто обеспечивает лучшую производительность, является применение псевдоуказателей (fake pointers). При этом программа создает массив структур данных. Вместо использования ссылок для связывания структур, программа использует индексы массива. Нахождение элемента в массиве осуществляется в Visual Basic быстрее, чем выборка его по ссылке на объект. Это дает лучшую производительность при применении псевдоуказателей по сравнению с соответствующими методами ссылок на объекты.

С другой стороны, применение псевдоуказателей не столь интуитивно, как применение ссылок. Это может усложнить разработку и отладку сложных алгоритмов, таких как алгоритмы сетей или сбалансированных деревьев.

 

@Рис. 2.11. Двоичное дерево

 

========43

 

@Рис. 2.12. Связные структуры

 

Программа FakeList управляет связным списком, используя псевдоуказатели. Она создает массив простых структур данных для хранения ячеек списка. Программа аналогична программе LnkList1, но использует псевдоуказатели.

Следующий код демонстрирует, как программа FakeList создает массив клеточных структур:

 

' Структура данных ячейки.

Type FakeCell

Value As String

NextCell As Integer

End Type

 

' Массив ячеек связного списка.

Global Cells(0 To 100) As FakeCell

 

' Сигнальная метка списка.

Global Sentinel As Integer

 

Поскольку псевдоуказатели — это не ссылки, а просто целые числа, программа не может использовать значение Nothing для маркировки конца списка. Программа FakeList использует постоянную END_OF_LIST, значение которой равно -32.767 для обозначения пустого указателя.

Для облегчения обнаружения неиспользуемых ячеек, программа FakeList также использует специальный «мусорный» список, содержащий неиспользуемые ячейки. Следующий код демонстрирует инициализацию пустого связного списка. В нем сигнальная метка NextCell принимает значение END_OF_LIST. Затем она помещает неиспользуемые ячейки в «мусорный» список.

 

========44

 

 

' Связный список неиспользуемых ячеек.

Global TopGarbage As Integer

 

Public Sub InitializeList()

Dim i As Integer

 

Sentinel = 0

Cells(Sentinel).NextCell = END_OF_LIST

 

' Поместить все остальные ячейки в «мусорный» список.

For i = 1 To UBound (Cells) - 1

   Cells(i).NextCell = i + 1

Next i

Cells(UBound(Cells)).NextCell = END_OF_LIST

TopGarbage = 1

End Sub

 

При добавлении элемента к связному списку, программа использует первую доступную ячейку из «мусорного» списка, инициализирует поле ячейки Value и вставляет ячейку в список. Следующий код показывает, как программа добавляет элемент после выбранного:

 

Private Sub CmdAddAfter_Click()

Dim ptr As Integer

Dim position As Integer

Dim new_cell As Integer

 

' Найти место вставки.

ptr = Sentinel

position = Selectedlndex

Do While position > 0

   position = position - 1

   ptr = Cells(ptr).NextCell

Loop

 

' Выбрать новую ячейку из «мусорного» списка.

new_cell = TopGarbage

TopGarbage = Cells(TopGarbage).NextCell

 

' Вставить элемент.

Cells (new_cell).Value = NewItem.Text

Cells(new_cell).NextCell = Cells(ptr).NextCell

Cells(ptr).NextCell = new_cell

NumItems = NumItems + 1

DisplayList

SelectItem SelectedIndex + 1    ' Выбрать новый элемент.

NewItem.Text = ""

NewItem.SetFocus

CmdClearList.Enabled = True

End Sub

 

После удаления ячейки из списка, программа FakeList помещает удаленную ячейку в «мусорный» список, чтобы ее затем можно было легко использовать:

 

Private Sub CmdRemoveAfter_Click()

Dim ptr As Integer

Dim target As Integer

Dim position As Integer

 

If SelectedIndex < 0 Then Exit Sub

 

' Найти элемент.

ptr = Sentinel

position = SelectedIndex

Do While position > 0

   position = position - 1

   ptr = Cells(ptr).NextCell

Loop

 

' Пропустить следующий элемент.

target = Cells(ptr).NextCell

Cells(ptr).NextCell = Cells(target).NextCell

NumItems = NumItems - 1

 

' Добавить удаленную ячейку в «мусорный» список.

Cells(target).NextCell = TopGarbage

TopGarbage = target

 

SelectItem Selectedlndex ' Снова выбрать элемент.

DisplayList

CmdClearList.Enabled = NumItems > 0

NewItem.SetFocus

End Sub

 

Применение псевдоуказателей обычно обеспечивает лучшую производительность, но является более сложным. Поэтому имеет смысл сначала создать приложение, используя ссылки на объекты. Затем, если вы обнаружите, что программа значительную часть времени тратит на манипулирование ссылками, вы можете, если необходимо, преобразовать ее с использованием псевдоуказателей.

 

=======45-46

 

Резюме

Используя ссылки на объекты, вы можете создавать гибкие структуры данных, такие как связные списки, циклические связные списки и двусвязные списки. Эти списки позволяют легко добавлять и удалять элементы из любого места списка.

Добавляя дополнительные ссылки к классу ячеек, можно превратить двусвязный список в многопоточный. Развивая и дальше эти идеи, можно создавать экзотические структуры данных, включая разреженные массивы, деревья, хэш‑таблицы и сети. Они подробно описываются в следующих главах.

 

========47