CN112328389B - 一种用于二叉树添加和删除结点的内存分配方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于二叉树添加和删除结点的内存分配方法，该方法的二叉树中每个结点包含三个指针变量，一个父结点指针和两个子结点指针，为二叉树设置一个对应的链表用于构建二叉树的私有内存池，初始状态下链表为空。当向二叉树添加结点的操作从系统分配内存时，分配两倍结点尺寸大小的内存块，即地址空间中连续的两个结点，一个首结点和一个尾结点，将首结点作为新增结点插入二叉树，将尾结点标记为影子结点并作为空闲内存块放入二叉树对应的链表。

Description

一种用于二叉树添加和删除结点的内存分配方法
技术领域
本发明涉及计算机系统软件编程领域，特别是计算机基本数据结构中用于二叉树添加和删除结点的内存分配方法。
背景技术
在计算机软件编程领域，二叉树是一种常用的数据结构，用于通过键值对数据进行快速检索。常见的有AVL树、红黑树（RBTree）以及二元的基数树（RadixTree），这些二叉树添加和删除结点都需要通过系统的全局内存池分配和释放内存块，在频繁添加和删除结点的应用场景中直接通过系统分配和释放内存将造成很大的开销。常规的解决方案是为二叉树配置一个私有的内存池，二叉树删除结点时不会直接通过系统释放内存，而是先放入二叉树的私有内存池，当私有内存池中空闲内存块积累到一定数量时再通过系统释放内存。这样二叉树在添加结点时会先从私有内存池中找空闲内存块创建新结点，避免了频繁从系统分配内存造成的开销，但有一个新的问题又产生了，那就是私有内存池中存放空闲内存块的上限是多少才合适的问题。若私有内存池中存放大量的空闲内存块将会导致内存资源的浪费，而存放的空闲内存块太少又起不到缓解系统开销大的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种用于二叉树添加和删除结点时自动调整私有内存池空闲内存块数量的内存分配方法。
本发明的技术方案是：为二叉树设置一个对应的链表用于构建二叉树的私有内存池，初始状态下链表为空。二叉树中每个结点包含三个指针变量，一个父结点指针和两个子结点指针。当向二叉树添加结点的操作从系统分配内存时，分配两倍结点尺寸大小的内存块，即地址空间中连续的两个结点，一个首结点和一个尾结点,将首结点作为新增结点插入二叉树，将尾结点标记为影子结点（Shadow Node）并作为空闲内存块放入二叉树对应的链表。
当向二叉树添加结点时，若对应的链表不为空，则从链表中取出一个影子结点作为新增结点插入二叉树。
当从二叉树删除结点时，若被删除的结点是影子结点，则将影子结点设置为空闲状态并放入二叉树对应的链表。
当从二叉树删除结点时，若被删除的结点不是影子结点，则检查对应的影子结点是否被占用，若未被占用，则将对应的影子结点从链表中取出，同被删除结点一并通过系统释放其内存资源。
当从二叉树删除结点时，若被删除的结点对应的影子结点已被占用，则将影子结点的三个指针变量和数据迁移到被删除的结点，并用被删除的结点替换掉二叉树中对应的影子结点，然后将影子结点设置为空闲状态并放入二叉树对应的链表。另一种方案是：从链表中取出一个新的影子结点，将被占用的影子结点中三个指针变量和数据迁移到新的影子结点，并用新的影子结点替换掉二叉树中被占用的影子结点，然后将被删除的结点和对应的影子结点一并通过系统释放其内存资源。
本发明与现有技术相比具有如下特点：发明阐述了一种用于二叉树添和加删除结点的内存分配方法，通过每次从系统分配两倍结点尺寸大小的内存，将一半用于二叉树的新增结点，另一半标记为影子结点放入私有内存池来减少频繁添加删除结点时的系统开销。和现有技术相比本发明有以下优势：一、首先保证了私有内存池中空闲内存的数量最多时不会超过二叉树中结点的数量，且随着二叉树中结点数量的减少而减少。二、因为每次通过系统分配和释放两倍结点大小的内存，即使在最坏情况下系统开销也要比传统方案减少一半。三、实施方案简单通用性强，可适用于任何种类的二叉树，不需要预分配池也不需要通过额外的算法来管理私有内存池。
以下结合附图和具体实施方式对本发明的详细结构作进一步描述。
附图说明
附图１为向二叉树添加结点的操作从系统分配内存时，分配两倍结点尺寸大小的内存块；
附图２为向二叉树添加结点的操作从链表中取出影子结点a作为新增结点插入二叉树；
附图３为从二叉树中删除影子结点d并放入二叉树对应的链表；
附图４为从二叉树中删除结点C，同时将影子结点c一起释放；
附图５为从二叉树中删除结点D，将影子结点d的数据迁移到结点D；
附图６为从二叉树中删除结点D，将影子结点d的数据迁移到影子结点a；
其中，大写字母表示结点，小写字母表示其对应的影子结点。
附图５及附图６中，“”表示数据迁移。
具体实施方式
如附图１所示：当向二叉树102添加结点的操作从系统内存池101分配内存时，分配两倍结点尺寸大小的内存块104，内存块104包含结点C和影子结点c。将结点C作为新增结点插入二叉树102，将影子结点c作为空闲内存块放入二叉树102对应的链表103。
如附图2所示：当向二叉树202添加结点时，从对应的链表201中取出一个影子结点a作为新增结点插入二叉树202。
如附图3所示：当从二叉树302删除影子结点d时，将被删除的影子结点d设置为空闲状态并放入二叉树302对应的链表301。
如附图4所示：当从二叉树402删除结点C时，被删除的结点C对应的影子结点c未被占用，将影子结点c从链表403中取出，同结点C组成的内存块404释放到系统内存池401中。
如附图5所示：当从二叉树502删除结点D时，被删除的结点D对应的影子结点d已被占用，将影子结点d的数据迁移到结点D，然后将影子结点d设置为空闲状态放入二叉树502对应的链表501，同时将结点D替换到影子结点d的位置变为二叉树503。
如附图6所示：当从二叉树602删除结点D时，被删除的结点D对应的影子结点d已被占用，先从对应的链表601取出影子结点a，将影子结点d的数据迁移到影子结点a，然后将影子结点d和结点D组成的内存块604释放到系统内存池605中，同时将影子结点a替换到影子结点d的位置变为二叉树603。

Claims (5)

1.一种用于二叉树添加和删除结点的内存分配方法，该方法的二叉树中每个结点包含三个指针变量，一个父结点指针和两个子结点指针，其特征在于：为二叉树设置一个对应的链表用于构建二叉树的私有内存池，初始状态下链表为空；当向二叉树添加结点的操作从系统分配内存时，分配两倍结点尺寸大小的内存块，即地址空间中连续的两个结点，一个首结点和一个尾结点，将首结点作为新增结点插入二叉树，将尾结点标记为影子结点并作为空闲内存块放入二叉树对应的链表；当从二叉树删除结点时，若被删除的结点不是影子结点，则检查对应的影子结点是否被占用，若未被占用，则将对应的影子结点从链表中取出，同被删除的结点一并通过系统释放其内存资源。
2.根据权利要求1所述的一种用于二叉树添加和删除结点的内存分配方法，其特征是：当向二叉树添加结点时，若对应的链表不为空，则从链表中取出一个影子结点作为新增结点插入二叉树。
3.根据权利要求1所述的一种用于二叉树添加和删除结点的内存分配方法，其特征是：当从二叉树删除结点时，若被删除的结点是影子结点，则将影子结点设置为空闲状态并放入二叉树对应的链表。
4.根据权利要求1所述的一种用于二叉树添加和删除结点的内存分配方法，其特征是：当从二叉树删除结点时，若被删除的结点对应的影子结点已被占用，则将影子结点的三个指针变量和数据迁移到被删除的结点，并用被删除的结点替换掉二叉树中对应的影子结点，然后将影子结点设置为空闲状态并放入二叉树对应的链表。
5.根据权利要求1所述的一种用于二叉树添加和删除结点的内存分配方法，其特征是：当从二叉树删除结点时，若被删除的结点对应的影子结点已被占用且对应的链表不为空，则从链表中取出一个新的影子结点，将被占用的影子结点中三个指针变量和数据迁移到新的影子结点，并用新的影子结点替换掉二叉树中被占用的影子结点，然后将被删除的结点和对应的影子结点一并通过系统释放其内存资源。
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