由反轉連結串列想到python鏈式交換變數
阿新 • • 發佈：2020-10-25
這兩天在刷題,看到連結串列的反轉,在翻解體思路時看到有位同學寫出迴圈中一句搞定三個變數的交換時覺得挺6的,一般用的時候都是兩個變數交換(a,b=b,a),這種三個變數的交換還真不敢隨便用,而且這三個變數都是可變型別.
心存疑惑然後就多方查詢,於是有了下面的測試程式碼和解體思路.這裡需要了解dis檢視位元組碼瞭解變數的大致交換過程,順帶也延申了反轉連結串列時哪幾種是可用的,以及為什麼?好了,廢話不多說,程式碼中註釋也比較充分,應該能幫助理解.
__doc__ = """ Python的變數並不直接儲存值，而只是引用一個記憶體地址，交換變數時，只是交換了引用的地址。 在 2、3 個值分配的時候是直接運用棧，在 3 個以上值分配的時候才是用了拆包的原理。 https://www.v2ex.com/t/483347 # 一些討論 https://stackoverflow.com/questions/21047524/how-does-swapping-of-members-in-tuples-a-b-b-a-work-internally # 一行交換變數的兩種原理 https://www.cnblogs.com/aydenwang/p/9398826.html # 四種交換變數的方法 """ import dis def swap2(a, b): a, b = b, a # ROT_TWO print(a, b) def swap3(a, b, c): a, b, c = c, b, a # ROT_THREE ROT_TWO print(a, b, c) def swap4(a, b, c, d): a, b, c, d = d, c, b, a # BUILD_TUPLE UNPACK_SEQUENCE print(a, b, c, d) def swap5(a, b, c, d, e): a, b, c, d, e = e, d, c, b, a # BUILD_TUPLE UNPACK_SEQUENCE print(a, b, c, d, e) def swap55(a, b, c, d, e): a, b, c, d, e = d, e, a, c, b # BUILD_TUPLE UNPACK_SEQUENCE print(a, b, c, d, e) def swap(): """交換變數,不涉及引用""" a, b, c, d, e = 10, 20, 30, 40, 50 swap2(a, b) dis.dis(swap2) swap3(a, b, c) dis.dis(swap3) swap4(a, b, c, d) dis.dis(swap4) swap5(a, b, c, d, e) dis.dis(swap5) swap55(a, b, c, d, e) dis.dis(swap55) """ python3.8 ROT_TWO ROT_THREE ROT_FOUR 這樣的指令可以直接交換兩個變數,三個變數,四個變數,但是上面的例子中並沒用到ROT_FOUR. Python 將右側表示式與左側賦值分開。 首先計算右側，結果儲存在堆疊上，然後使用再次從堆疊中引用值的操作程式碼從左到右分配左側名稱。 對於包含 2 個或 3 個專案的元組分配，Python 僅直接使用堆疊. """ class Node(object): """單鏈表的結點""" def __init__(self, item): # item存放資料元素 self.item = item # next是下一個節點的標識 self.next = None # def __repr__(self): # return "{} -> ".format(self.item) # def __getattr__(self, item): # print('get') # return super().__getattr__(item) # # return self[item] # def __setattr__(self, key, value): # print('set', key, value) # super().__setattr__(key, value) class SingleLinkList(object): """單鏈表""" def __init__(self): self._head = None self._end = None # 建立單鏈表 def create(self, node_list): for k, v in enumerate(node_list): if k == 0: self._head = Node(v) self._end = self._head else: p = self._end p.next = Node(v) self._end = p.next def print(self): """遍歷列印連結串列""" # 獲取head指標 cur = self._head # 迴圈遍歷 while cur is not None: # 返回生成器 print(cur.item, end=',') # 指標下移 cur = cur.next print("\n--------------") # 不考慮操作順序反轉必須要操作的步驟有:cur.next=last,last=cur,cur=cur.next,這樣一共有6中操作 def reverse1(self): """交換變數,3種正常:左側cur都是在cur.next之後改的,遍歷順序不會斷裂""" last, cur = None, self._head while cur: cur.next, cur, last = last, cur.next, cur # 無中間變數交換,等式右邊先計算,然後鏈式賦值從左到右. # cur.next, last, cur = last, cur, cur.next # 同上 # last, cur.next, cur = cur, last, cur.next # 同上 self._head = last """ 124 16 LOAD_FAST 1 (last) # 從左到右,以此取值 18 LOAD_FAST 2 (cur) 20 LOAD_ATTR 1 (next) 22 LOAD_FAST 2 (cur) 24 ROT_THREE 26 ROT_TWO # 從左到右以此賦值 28 LOAD_FAST 2 (cur) # 獲取cur引用 30 STORE_ATTR 1 (next) # 修改當前節點 32 STORE_FAST 2 (cur) # 變更cur應用 34 STORE_FAST 1 (last) """ def reverse2(self): """交換變數,3種異常:左側curl在curl.next前被賦值,導致遍歷順序斷裂""" last, cur = None, self._head while cur: cur, cur.next, last = cur.next, last, cur # cur, last, cur.next = cur.next, cur, last # last, cur, cur.next = cur, cur.next, last self._head = last """ 146 16 LOAD_FAST 2 (cur) # 從左到右,以此取值 18 LOAD_ATTR 1 (next) 20 LOAD_FAST 1 (last) 22 LOAD_FAST 2 (cur) 24 ROT_THREE 26 ROT_TWO # 從左到右以此賦值 28 STORE_FAST 2 (cur) # 變更cur 30 LOAD_FAST 2 (cur) # 獲取最新cur引用 32 STORE_ATTR 1 (next) # 變更最新cur的next 34 STORE_FAST 1 (last) 36 JUMP_ABSOLUTE 12 """ def reverse_swap(self): """異常:AttributeError: 'NoneType' object has no attribute 'next'""" last, cur = None, self._head while cur: print('前:', cur, cur.next, last) # 異常,cur值先被修改,導致cur.next取的值已經是被修改後的cur,導致連結串列斷裂 # cur, cur.next, last = cur.next, last, cur # cur, last, cur.next = cur.next, cur, last # last, cur, cur.next = cur, cur.next, last # 正常,cur.next先被修改,再把cur引用被覆蓋並不會影響之前已經被修改的cur節點以及cur.next cur.next, cur, last = last, cur.next, cur # 無中間變數交換,等式右邊先計算,然後鏈式賦值從左到右. # cur.next, last, cur = last, cur, cur.next # 同上 # last, cur.next, cur = cur, last, cur.next # 同上 print('後:', cur, cur.next, last) # break self._head = last def reverse_swap2(self): # 通過翻轉單個note節點達到連結串列翻轉 """翻轉連結串列""" # 非遞迴實現 if not self._head or not self._head.next: return self._head last = None # 指向上一個節點,以備後用 cur = self._head # 當前節點,也可以不定義變數直接參與迴圈,此處為了方便理解,單獨定義變數 while cur: # 不會像上面那種有多種順序,用這種零時變數的方式,順序只有這一種.主要是因為鏈式交換等式的右側已經入棧固定了在隨後的網左側賦值時不會改變. # 先用next_tmp儲存head的下一個節點的資訊，保證單鏈表不會因為失去head節點的next而就此斷裂(內部迴圈使用) next_tmp = cur.next # 下一跳已經儲存好,可以開始修改當前節點的下一跳了,也就是上一個節點last,初始頭的上一個是沒有的即None cur.next = last # 記錄下修改後的當前節點,並儲存跟新'上一個節點'給下次用. last = cur # 當前節點處理完畢,更新為備份好的原先的下一個節點 cur = next_tmp # 最後一個節點變成了頭節點 self._head = last line = SingleLinkList() line.create(range(10)) # print('-------------------1') # dis.dis(line.reverse1) # print('-------------------2') # dis.dis(line.reverse2) # line.reverse_swap() # line.print() line.reverse_swap2() line.print() """dis每一列的意思: https://docs.python.org/zh-cn/3/library/dis.html?highlight=dis#module-dis 第一列：對應的原始碼行數。 第二列：對應的記憶體位元組碼的索引位置。 第三列：內部機器程式碼的操作。 第四列：指令引數。 第五列：實際引數。 LOAD_FAST(var_num) 將指向區域性物件 co_varnames[var_num] 的引用推入棧頂。 STORE_FAST(var_num) 將 TOS 存放到區域性物件 co_varnames[var_num]。 BUILD_TUPLE(count) 建立一個使用了來自棧的 count 個項的元組，並將結果元組推入棧頂。 UNPACK_SEQUENCE(count) 將 TOS 解包為 count 個單獨的值，它們將按從右至左的順序被放入堆疊。 POP_TOP 刪除堆疊頂部（TOS）項。 ROT_TWO 交換兩個最頂層的堆疊項。 ROT_THREE 將第二個和第三個堆疊項向上提升一個位置，頂項移動到位置三。 ROT_FOUR 將第二個，第三個和第四個堆疊項向上提升一個位置，將頂項移動到第四個位置。 """