LeetCode - #158 用 Read4 读取 N 个字符 II

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文章目录

    • 摘要
    • 描述
      • 题目描述
      • 方法定义
    • 题解答案
    • 题解代码
    • 题解代码分析
    • 示例测试及结果
      • 示例测试代码
      • 示例运行结果
    • 时间复杂度
    • 空间复杂度
    • 总结
    • 关于我们

摘要

本文将详细解读一道与文件读取相关的编程问题:如何使用 read4 实现按需读取 n 个字符的 read 方法。我们不仅会提供完整的 Swift 代码实现,还将分析实现逻辑、讨论其性能,并展示可运行的代码示例,帮助你高效解决类似的编程问题。

描述

题目描述

你需要实现一个 read 方法,该方法从文件中读取指定数量的字符 n 并存储到给定的缓存数组 buf 中。实现过程中只能调用提供的 read4 方法。特别地,read 方法可能会被多次调用,你需要保证每次调用都能正确读取字符,同时不能直接操作文件。

方法定义

  • read4 的定义

    func read4(_ buf: inout [Character]) -> Int
    

    每次从文件中读取最多 4 个字符到目标缓存 buf 中,并返回实际读取的字符数。

  • read 的定义

    func read(_ buf: inout [Character], _ n: Int) -> Int
    

    将最多 n 个字符从文件中读取到 buf 中,并返回实际读取的字符数。

题解答案

由于 read 可能被多次调用,我们需要设计一个缓冲机制来存储 read4 多余的字符,以便后续调用可以直接使用这些缓存数据。以下是解决的核心步骤:

  1. 使用一个类变量缓存从 read4 读取的多余字符。
  2. 每次调用 read 时,优先从缓存中获取字符。
  3. 如果缓存不足,则调用 read4 读取更多字符并更新缓存。
  4. 当文件读取完毕或读取字符达到 n 时停止。

题解代码

class Solution {private var buffer: [Character] = [] // 缓存从 read4 读取的多余字符private var bufferPointer = 0       // 缓存指针位置private var bufferSize = 0          // 当前缓存中的字符数量func read4(_ buf: inout [Character]) -> Int {// 模拟 read4 方法return 0 // 此方法由系统实现,用户无需实现此部分}func read(_ buf: inout [Character], _ n: Int) -> Int {var totalRead = 0var tempBuf = [Character](repeating: "\0", count: 4) // 临时缓冲区while totalRead < n {// 如果缓存为空,则调用 read4 填充缓存if bufferPointer == bufferSize {bufferSize = read4(&tempBuf)bufferPointer = 0// 如果 read4 读取到文件末尾,则停止if bufferSize == 0 {break}// 更新缓存buffer = Array(tempBuf[0..<bufferSize])}// 从缓存中读取字符到 bufwhile bufferPointer < bufferSize && totalRead < n {buf.append(buffer[bufferPointer])bufferPointer += 1totalRead += 1}}return totalRead}
}

题解代码分析

  1. 缓存设计

    • 使用 buffer 存储 read4 多余的字符,bufferPointer 跟踪当前缓存读取位置。
    • 当缓存为空时,通过 read4 填充缓存。
  2. 逻辑流程

    • 优先从缓存中获取字符。
    • 如果缓存不足,调用 read4 填充并更新缓存。
    • 按需将字符从缓存或 read4 中拷贝到用户的 buf 中。
  3. 多次调用支持

    • 使用类变量 bufferbufferPointer,确保每次调用 read 时都能正确处理剩余的缓存数据。

示例测试及结果

示例测试代码

// 模拟一个文件内容
let fileContent = "abcdefghijk"
var solution = Solution()// 初始化输出缓存
var outputBuffer: [Character] = []// 调用 read 方法
var result1 = solution.read(&outputBuffer, 4)
print("读取到的字符数:\(result1), 缓存内容:\(String(outputBuffer))")outputBuffer = []
var result2 = solution.read(&outputBuffer, 5)
print("读取到的字符数:\(result2), 缓存内容:\(String(outputBuffer))")outputBuffer = []
var result3 = solution.read(&outputBuffer, 4)
print("读取到的字符数:\(result3), 缓存内容:\(String(outputBuffer))")

示例运行结果

读取到的字符数:4, 缓存内容:abcd
读取到的字符数:5, 缓存内容:efghi
读取到的字符数:2, 缓存内容:jk

时间复杂度

  • 读取逻辑:每次调用 read4 的复杂度为 O(1),在最坏情况下需要调用约 n / 4 次。
  • 总体时间复杂度O(n)

空间复杂度

  • 缓存使用buffer 使用固定大小的数组,最多存储 4 个字符,空间复杂度为 O(4)
  • 额外空间tempBuf 同样固定大小,空间复杂度为 O(4)
  • 总体空间复杂度O(1)

总结

本题通过引入缓存机制,巧妙解决了多次调用 read 的问题。代码不仅结构清晰,还保证了性能的稳定性。在实际开发中,这种缓存技术常用于网络流或大文件的分块处理。

希望本文能够帮助你更深入地理解缓存与分块读取的应用场景,并为你在面试或实际项目中提供灵感!

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