在 Python 2.7 中使用 freelist 功能实现堆栈

Question

设计一个具有空闲列表功能的堆栈（即在一个节点被弹出后，它的空间可以被未来的推送操作重用，并保存在空闲列表中）。代码被简化了，在某些方面没有意义，我只是用下面的代码来展示堆栈与空闲列表的一般概念（作为原型）。

我的问题是关于如何设计pop 操作。我的困惑是因为在pop 操作之后返回了对节点的引用，例如在我的代码中有node1 = stack.pop()，调用pop 的客户端可能会使用对节点的引用，并且相同的节点引用是在空闲列表中回收并可能被其他 push 操作使用，如何解决此类冲突，并想知道有关使用堆栈、链表或队列设计空闲列表功能的一般建议。

MAXSIZE = 100
freeListHead = None

class StackNode:
    def __init__(self, value, nextNode):
        self.value = value
        self.nextNode = nextNode
class Stack:
    def __init__(self):
        self.top = None
        self.size = 0
    def peek(self):
        # return StackNode
        return self.top
    def push(self, value):
        global freeListHead
        if self.size >= MAXSIZE:
            raise Exception('stack full')
        node = freeListHead
        node.value = value
        freeListHead = node.nextNode
        node.nextNode = self.top
        self.top = node
        self.size += 1
    def pop(self):
        if self.size == 0:
            return None
        node = self.top
        self.top = self.top.nextNode
        self.size -= 1
        return node

if __name__ == "__main__":
    # initialization for nodes and link them to be a free list
    nodes = [StackNode(-1, None) for i in range(MAXSIZE)]
    freeListHead = nodes[0]
    for i in range(0, len(nodes)-1):
        nodes[i].nextNode = nodes[i+1]
    stack = Stack()
    stack.push(1)
    stack.push(50)
    stack.push(100)
    stack.push(200)
    print stack.peek().value
    node1 = stack.pop()
    print node1.value
    print stack.peek().value

Answer 1

您可以通过将value 返回给push 而不是保存该值的StackNode 来简化您的代码。无需担心内存消耗，因为您可以在返回结果之前将pop 中的node.value 设置为None。下面是一个简单的例子，说明这将如何在实践中发挥作用：

class Node:
    def __init__(self):
        self.nextNode = self.value = None

class Stack:
    def __init__(self, maxSize):
        self.maxSize = maxSize
        self.size = 0
        self.top = self.free = None

    def push(self, value):
        if self.size == self.maxSize:
            raise Exception('Stack full')

        if self.free:
            node = self.free
            self.free = node.next
        else:
            node = Node()

        node.value = value
        node.nextNode = self.top
        self.top = node
        self.size += 1

    def pop(self):
        if not self.top:
            raise Exception('Stack empty');
        node = self.top
        self.top = node.nextNode
        node.nextNode = self.free
        self.free = node
        self.size -= 1
        result = node.value
        node.value = None

        return result

stack = Stack(3)
for i in range(3):
    stack.push(list(range(i + 1)))

while stack.size:
    print(stack.pop())

输出：

[0, 1, 2]
[0, 1]
[0]