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用 Read4 读取 N 个字符 II - 多次调用

用 Read4 读取 N 个字符 II - 多次调用

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题目描述

代码结果

运行时间: 25 ms, 内存: 16.2 MB


/*
 * Problem: Given an API int read4(char[] buf), read4 reads 4 characters at a time from a file.
 * The return value is the actual number of characters read. Implement a method int read(char[] buf, int n)
 * that uses this API to read n characters.
 * 
 * Approach:
 * 1. Use a buffer to store the temporary characters read by read4.
 * 2. Use Java Streams to manage and process the reading process efficiently.
 * 3. Loop until we have read the desired number of characters or there are no more characters to read.
 * 4. Each time, call read4 and copy the characters to the final buffer.
 * 5. Adjust the count to ensure we do not read more than required.
 */
import java.util.stream.IntStream;
 
public class Solution extends Reader4 {
    private char[] buffer = new char[4];
    private int bufferPtr = 0;
    private int bufferCount = 0;
 
    public int read(char[] buf, int n) {
        int totalRead = 0;
 
        while (totalRead < n) {
            if (bufferPtr == bufferCount) {
                bufferCount = read4(buffer);
                bufferPtr = 0;
                if (bufferCount == 0) break; // End of file reached
            }
 
            while (totalRead < n && bufferPtr < bufferCount) {
                buf[totalRead++] = buffer[bufferPtr++];
            }
        }
 
        return totalRead;
    }
}

解释

方法:

该题解使用一个缓冲区 self.buf 来存储读取到的字符。当调用 read 方法时,会不断调用 read4 方法,将读取到的字符放入缓冲区,直到读取到足够的字符或文件末尾。然后从缓冲区中取出需要的字符返回给调用者。通过维护缓冲区的起始位置 self.start 和结束位置 self.end,可以实现多次调用 read 方法,每次都能从上一次读取的位置继续读取。

时间复杂度:

O(n)

空间复杂度:

O(n)

代码细节讲解

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在`read`方法中,为什么要使用一个中间数组`buf4`来存储`read4`的结果,而不是直接将结果追加到主缓冲区`self.buf`?
使用中间数组`buf4`是因为`read4`函数的设计是固定每次读取最多4个字符。如果直接将结果追加到`self.buf`,则可能在不需要全部4个字符的情况下过多地读取数据,导致缓冲区中的数据超过需要的数量。通过先将结果存储到`buf4`,可以更灵活地控制从`buf4`到`self.buf`的数据迁移,只迁移需要的字符数量,避免不必要的数据处理和潜在的内存浪费。
🦆
当`read4`返回的字符少于4个时(即文件末尾),您是如何处理这种情况以防止对缓冲区`self.buf`的越界访问的?
当`read4`返回的字符少于4个时,说明已经到达文件末尾。在代码中,通过`[x for x in buf4 if x]`这段代码过滤掉`buf4`中的空字符串元素,确保只有有效字符被添加到`self.buf`中。这样可以避免将不必要的空字符添加到缓冲区,从而防止越界访问。实际上,代码中并没有直接处理`read4`返回值小于4的逻辑,这是一个潜在的错误点,理应检查并根据`read4`的实际返回值来决定是否继续读取和处理数据。
🦆
在`read`方法中,为何需要使用`self.start`和`self.end`来管理缓冲区,这种设计有什么特别的优点吗?
使用`self.start`和`self.end`来管理缓冲区可以有效地控制和追踪已经读取和尚未读取的数据区间。这种方式允许在多次调用`read`方法时,能够从上次读取结束的位置继续读取,而不需要每次都重新从文件开始读取。这样不仅提高了数据读取的效率,也使得数据的管理更加灵活和高效。此外,这种设计支持了缓冲机制,即预先读取多于当前需要的数据,减少了对底层读取函数的调用次数,从而优化了性能。
🦆
您在代码中使用了`self.end += 4 if n >= 4 else n`这一行进行缓冲区结束位置的更新,这里的逻辑是否能正确处理所有情况,例如当`read4`读取的字符数少于4个时?
这行代码的逻辑存在问题,因为它假设了`read4`总是会读取4个字符,这并不总是正确的,特别是在文件接近末尾时。正确的做法应该是基于实际从`read4`返回的字符数来更新`self.end`。例如,应该使用类似`self.end += min(len(buf4), n)`的更新逻辑,其中`len(buf4)`是检查`buf4`中实际有效字符的数量。这样的处理能确保在任何情况下,`self.end`都正确反映了`self.buf`中实际包含的字符数,避免了对缓冲区的越界访问或读取过多数据的问题。

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