Джулиан Бакнелл - Фундаментальные алгоритмы и структуры данных в Delphi

• Название: Фундаментальные алгоритмы и структуры данных в Delphi
• Автор: Джулиан Бакнелл
• Издательство: ДиаСофтЮП
• Жанр: Программирование
• Год: 2003
• ISBN: ISBN 5-93772-087-3

Книга "Фундаментальные алгоритмы и структуры данных в Delphi" представляет собой уникальное учебное и справочное пособие по наиболее распространенным алгоритмам манипулирования данными, которые зарекомендовали себя как надежные и проверенные многими поколениями программистов. По данным журнала "Delphi Informant" за 2002 год, эта книга была признана сообществом разработчиков прикладных приложений на Delphi как «самая лучшая книга по практическому применению всех версий Delphi».

В книге подробно рассматриваются базовые понятия алгоритмов и основополагающие структуры данных, алгоритмы сортировки, поиска, хеширования, синтаксического разбора, сжатия данных, а также многие другие темы, тесно связанные с прикладным программированием. Изобилие тщательно проверенных примеров кода существенно ускоряет не только освоение фундаментальных алгоритмов, но также и способствует более квалифицированному подходу к повседневному программированию.

Несмотря на то что книга рассчитана в первую очередь на профессиональных разработчиков приложений на Delphi, она окажет несомненную пользу и начинающим программистам, демонстрируя им приемы и трюки, которые столь популярны у истинных «профи». Все коды примеров, упомянутые в книге, доступны для выгрузки на Web-сайте издательства.

---

BufInfo^.biToUseCount := FConsumerCount;

inc(FBufferTail);

if (FBufferTail >= FBufferCount) then

FBufferTail := 0;

{теперь всем потребителям необходимо сообщить о наличии дополнительных данных}

for i := 0 to pred(FConsumerCount) do

begin

ConsumerInfo := PConsumerInfo(FConsumerInfo[i]);

ReleaseSemaphore(ConsumerInfo^.ciHasData/ 1, nil);

end;

end;

Чтобы разобраться с работой алгоритма с точки зрения потребителя, взгляните на листинг 12.17. Метод StartConsuming должен дождаться передачи семафора "имеются данные", предназначенного для соответствующего потока потребителя (каждому потоку присвоен идентификатор потребителя). Метод StopConsuming -наиболее сложный во всем классе синхронизации. Вначале он извлекает информационную запись о буфере, соответствующую его собственному указателю на начало очереди. Затем он уменьшает значение счетчика потребителей, которым еще предстоит выполнить считывание (потребить) данный буфер. (подпрограмма InterlockedDecrement - это составная часть интерфейса WIN32 API. Она уменьшает значение своего параметра безопасным для потоков образом и возвращает новое значение параметра.) Затем метод увеличивает указатель на начало очереди для данного потока потребителя и, если теперь число потребителей, которым еще предстоит выполнить считывание этого буфера, равно нулю, передает производителю семафор "требуются данные", чтобы побудить его сгенерировать новые данные.

Листинг 12.17. Методы StartConsuming и StopConsuming

procedure TtdProduceManyConsumeSync.StartConsuming(aId : integer);

var

ConsumerInfo : PConsumerInfo;

begin

{чтобы можно было начать потребление данных, потребителю с данным конкретным идентификатором должен быть передан семафор "имеются данные"}

ConsumerInfo := PConsumerInfo(FConsumerInfo[aId]);

WaitForSingleObject(ConsumerInfo^.ciHasData, INFINITE);

end;

procedure TtdProduceManyConsumeSync.StopConsuming(aId : integer);

var

BufInfo : PBufferInfo;

ConsumerInfo : PConsumerInfo;

NumToRead : integer;

begin

{мы выполнили считывание данных в буфере, на который указывает указатель начала очереди}

ConsumerInfo := PConsumerInfo(FConsumerInfo[aId]);

BufInfo := PBufferInfo(FBufferInfo[ConsumerInfo^.ciHead]);

NumToRead := InterLockedDecrement(BufInfo^.biToUseCount);

{переместить указатель начала очереди}

inc(ConsumerInfo^.ciHead);

if (ConsumerInfo^.ciHead >= FBufferCount) then

ConsumerInfo^.ciHead := 0;

{если данный поток был последним, который должен был использовать этот буфер, производителю нужно сигнализировать о необходимости генерирования новых данных}

if (NumToRead = 0) then

ReleaseSemaphore(FNeedsData, 1, nil);

end;

Конструктор и деструктор этого класса должны создавать и уничтожать большое количество объектов синхронизации, а также всю информацию о буфере и потребителе.

Листинг 12.18. Создание и уничтожение объекта синхронизации

constructor TtdProduceManyConsumeSync.Create(aBufferCount : integer;

aConsumerCount : integer);

var

NameZ : array [0..MAX_PATH] of AnsiChar;

i : integer;

BufInfo : PBufferInfo;

ConsumerInfo : PConsumerInfo;

begin

inherited Create;

{создать семафор "требуются данные"}

GetRandomObjName(NameZ, 'tdPMC.Needs Data');

FNeedsData := CreateSemaphore(nil, aBufferCount, aBufferCount, NameZ);

if (FNeedsData = INVALID_HANDLE_VALUE) then

RaiseLastWin32Error;

{создать циклическую очередь буферов и заполнить ее}

FBufferCount := aBufferCount;

FBufferInfo := TList.Create;

FBufferInfo.Count := aBufferCount;

for i := 0 to pred(aBufferCount) do

begin

New(BufInfo);

BufInfo^.biToUseCount :=0;

FBufferInfo[i] := BufInfo;

end;

{создать информационный список потребителей и заполнить его}

FConsumerCount := aConsumerCount;

FConsumerInfo := TList.Create;

FConsumerInfo.Count := aConsumerCount;

for i := 0 to pred(aConsumerCount) do

begin

New(ConsumerInfo);

FConsumerInfo[i] := ConsumerInfo;

GetRandomObjName(NameZ, 'tdPMC.HasData');

ConsumerInfo^.ciHasData :=

CreateSemaphore(nil, 0, aBufferCount, NameZ);

if (Consumer Info^.ciHasData = INVALID__HANDLE__VALUE) then

RaiseLastWin32Error;

ConsumerInfo^.ciHead := 0;

end;

end;

destructor TtdProduceManyConsumeSync.Destroy;

var

i : integer;

BufInfo : PBufferInfo;

ConsumerInfo : PConsumerInfo;

begin

{уничтожить семафор "требуются данные"}

if (FNeedsData <> INVALID_HANDLE_VALUE) then

CloseHandle(FNeedsData);

{уничтожить информационный список потребителей}

if (FConsumerInfo <> nil) then begin

for i := 0 to pred(FConsumerCount) do

begin

ConsumerInfo := PConsumerInfo(FConsumerInfo[i]);

if (ConsumerInfo <> nil) then begin

if (ConsumerInfo^.ciHasData <> INVALID__HANDLE__VALUE) then

CloseHandle(ConsumerInfo^.ciHasData);

Dispose(ConsumerInfo);

end;

end;

FConsumerInfo.Free;

end;

{уничтожить информационный список буферов}

if (FBufferInfo <> nil) then begin

for i := 0 to pred(FBufferCount) do

begin

BufInfo := PBufferInfo(FBufferInfo[i]);

if (BufInfo <> nil) then

Dispose(BufInfo);

end;

FBufferInfo.Free;

end;

inherited Destroy;

end;

Хотя, на первый взгляд, кажется, что в программе листинга 12.18 выполняется множество действий, в действительности все достаточно просто. Конструктор Create должен создать список буферов и заполнить его требуемым числом записей о буферах. Он должен также создать список потребителей и заполнить его соответствующим количеством записей о потребителях. Для каждой записи потребителя должен быть создан отдельный семафор. Деструктор Destroy должен уничтожить все эти объекты и освободить всю выделенную память.

Полный исходный код реализации класса TtdProduceManyConsumeSync можно найти на Web-сайте издательства, в разделе материалов. После выгрузки материалов отыщите среди них файл TDPCSync.pas.

В качестве примера программы мы рассмотрим подпрограмму многопоточного копирования, выполняющую копирование потока в три других потока. Как и в случае примера, приведенного в листинге 12.14, производитель будет считывать исходный поток в буфера, количество которых может доходить до 20. Потребители, количество которых теперь равняется трем, будут считывать буфера и выполнять запись в собственные потоки.

Класс TQueuedBuffers (листинг 12.19) должен быть несколько изменен, поскольку ему необходимо хранить указатель начала очереди для нескольких потребителей и, следовательно, он должен содержать массив таких указателей.

Листинг 12.19. Класс TQueuedBuffers для модели с несколькими потребителями type

PBuffer = ^TBuffer;

TBuffer = packed record

bCount : longint;

bBlock : array [0..pred(BufferSize) ] of byte;

end;

PBufferArray = ^TBufferArray;

TBufferArray = array [0..pred(MaxBuffers) ] of PBuffer;

TQueuedBuffers = class private

FBufCount : integer;

FBuffers : PBufferArray;

FConsumerCount : integer;

FHead : array [0..pred(MaxConsumers)] of integer;

FTail : integer;

protected

function qbGetHead(aInx : integer): PBuffer;

function qbGetTail : PBuffer;

public

constructor Create(aBufferCount : integer;

aConsumerCount : integer);

destructor Destroy; override;

procedureAdvanceHead(aConsumerId : integer);

procedure AdvanceTail;

property Head [aInx : integer] : PBuffer read qbGetHead;

property Tail : PBuffer read qbGetTail;

property ConsumerCount : integer read FConsumerCount;

end;

constructor TQueuedBuffers.Create(aBufferCount : integer;

aConsumerCount : integer);

var

i : integer;

begin

inherited Create;

{распределить буферы}

FBuffers := AllocMem(aBufferCount * sizeof(pointer));

for i := 0 to pred(aBufferCount) do

GetMem(FBuffers^[i], sizeof(TBuffer));

FBufCount := aBufferCount;

FConsumerCount := aConsumerCount;

end;

destructor TQueuedBuffers.Destroy;

var

i : integer;

begin

{освободить буферы}

if (FBuffers <> nil) then begin

for i := 0 to pred(FBufCount) do

if (FBuffers^[i] <> nil) then

FreeMem(FBuffers^[i], sizeof(TBuffer));

FreeMem(FBuffers, FBufCount * sizeof(pointer));

end;

inherited Destroy;

end;

procedure TQueuedBuffers.AdvanceHead(aConsumerId : integer);

begin

inc(FHead[aConsumerId]);

if (FHead[aConsumerId] = FBufCount) then

FHead[aConsumerId] := 0;

end;

procedure TQueuedBuffers.AdvanceTail;

begin

inc(FTail);

if (FTail = FBufCount) then

FTail := 0;

end;

function TQueuedBuffers.qbGetHead(aInx : integer): PBuffer;

begin

Result := FBuffers^[FHead[aInx]];

end;

function TQueuedBuffers.qbGetTail : PBuffer;

begin

Result := FBuffers^ [FTail];

end;

Следующей мы рассмотрим реализацию классов производителя и потребителя (листинг 12.20). Класс производителя претерпел не слишком много изменений по сравнению с предыдущей реализацией, в то время как класс потребителя теперь содержит идентификационный номер, посредством которого он обращается к объекту буферов для получения нужного указателя начала очереди.

Листинг 12.20. Классы производителя и потребителя

type

TProducer * class(TThread) private

FBuffers : TQueuedBuffers;

FStream : TStream;

FSyncObj : TtdProduceManyConsumeSync;

protected

procedure Execute; override;

public

constructor Create(aStream : TStream;

aSyncObj : TtdProduceManyConsumeSync;

aBuffers : TQueuedBuffers);

end;

constructor TProducer.Create(aStream : TStream;

aSyncObj : TtdProduceManyConsumeSync;

aBuffers : TQueuedBuffers);

begin

inherited Create (true);

FStream := aStream;

FSyncObj := aSyncObj;

FBuffers := aBuffers;

end;

procedure TProducer.Execute;

var

Tail : PBuffer;

begin

{выполнять до тех nop, пока поток не будет исчерпан...}

repeat

{передать сигнал о готовности к началу генерации данных}

FSyncObj.StartProducing;

{выполнить считывание блока из потока в конечный буфер очереди}

Tail := FBuffers.Tail;

Tail74.bCount := FStream.Read (Tail^.ЬВ1оск, 1024);

{переместить указатель конца очереди}

FBuffers.AdvanceTail;

{передать сигнал о прекращении генерации данных}

FSyncObj.StopProducing;

until (Tail^.bCount = 0);

end;

type

TConsumer = class (TThread) private

FBuffers : TQueuedBuffers;

FID : integer;

FStream : TStream;

FSyncObj : TtdProduceManyConsumeSync;

protected

procedure Execute; override;

public

constructor Create(aStream : TStream;

aSyncObj : TtdProduceManyConsumeSync;

aBuffers : TQueuedBuffers;

alD : integer);

end;

constructor TConsumer.Create(aStream : TStream;

aSyncObj : TtdProduceManyConsumeSync;

aBuffers : TQueuedBuffers;

alD : integer);

begin

inherited Create (true);

FStream := aStream;

FSyncObj := aSyncObj;

FBuffers := aBuffers;

FID := alD;

end;

procedure TConsumer.Execute;

var

Head : PBuffer;

begin

{передать сигнал о готовности к началу потребления данных}