华容道与数据结构 (10)

十四、 CircularLinkedList的设计

CircularLinkedList类是整个程序的核心，所有搜索操作都由CircularLinkedList来触发。CircularLinkedList是一个环形链表，每个链表中的元素都含有下一元素的一个指针，元素与元素链接成封闭的环形。下面是该环型链表的节点定义：

protected class LinkedListNode
{
  public Layout info;
  public LinkedListNode link;
}

该节点包含一个Layout类型的info，还有一指向下一节点的指针link。CircularLinkedList自身在构造时传入一个ILayoutFactory类型的工厂，用于加工生成Layout（确保环形链表一旦溢出，能够生成新节点元素）。下面是CircularLinkedList的构造函数：

public CircularLinkedList(ILayoutFactory layoutFactory)
{
  current = null;
  last = null;
  allocate = null;
  end = null;
  count = 0;
  stepCounter = 1;
  this.layoutFactory = layoutFactory;
}

在传入工厂对象的同时初始化四个指针：current、last、allocate与end，除此之外还初始化两个计数器count（用于计算环型链表总共包含多少个节点）与stepCounter（用于计算当前搜索层级，搜索到了第几步）。current、last、allocate三个指针的作用在前面的内容中已经说的很清楚了。这里的end指针是用于防止溢出，记录溢出位置的指针。

分配可用Layout的函数以及确认分配的函数定义如下：

//======================================================
// 获取下一个可用空节点
//======================================================
public Layout AllocateLayout()
{
  if(allocate.link == current)
  {
    end = allocate;
    insertNode(layoutFactory.Create());
  }
    
  return allocate.link.info;
}

//======================================================
// 确认分配的空间
//======================================================
public void ConfirmAllocation()
{
  allocate = allocate.link;
}

在这里需要注意的是当分配可用Layout时，注意防止溢出发生。溢出判断的方式是：allocate.link == current，如果相同表明将会发生溢出，这时候需要先插入新节点，然后再分配可用布局。确认分配的动作很简单，就是将allocate指针指向下一节点而已。

插入节点时，首先判断当前环形链表是否为空，如果为空，新节点的下一个节点就是自己本身，单一节点构成一封闭的环。如果环形链表不为空，则在end指针处插入新节点。具体插入操作可以参考下面的代码。

private void insertNode(Layout newitem)
{
  LinkedListNode trail;
  LinkedListNode newNode;
    
  newNode = new LinkedListNode();
  newNode.info = newitem;
  newNode.link = null;
   
  if(current == null)
  {   
    current = newNode;
    current.link = newNode;
    end = current;
  }
  else
  {
    trail = end.link;
    end.link = newNode;
    end = newNode;
    newNode.link = trail;
  }
  count++;
}

当某一步搜索完成后，就会进入下一轮搜索，系统重置各指针位置。这是由NextStep方法来实现的：

private bool NextStep()
{
  stepCounter++;
  _mediator.HandleInfo(stepCounter);

  if(allocate == last)
    return false; //棋局无解

  current = last.link;
  last = allocate;
  _mediator.MoveCurrentToNext();
  return true;
}

注意这里调用了中介者的HandleInfo方法，允许外部程序得到当前系统运行状态的一个通知。

 _mediator.HandleInfo(stepCounter);

另外，如果allocate指针未能分配出任何布局，说明程序运行到此处已经没有任何可行的解了，程序就此终止。否则重置各指针位置并通过中介者通知TreeLinkedList移动current指针。

CircularLinkedList中的核心运算方法就是BeginProcess方法。该方法通过递归调用完成搜索操作。首先对当前层级的每个节点运算可行的下步走法，然后调用NextStep方法继续搜索下一步直至搜索完成或系统判断处棋局无解。期间通过stop属性判断是否终止搜索。我们可以通过CircularLinkedList中的Stop方法随时终止搜索进程。在WinHRD的例子中，通过将搜索放到单独的线程中运行确保不影响主程序，同时也可以让用户随时通过Stop方法终止程序运行。BeginProcess方法与Stop方法的定义如下：

public bool BeginProcess()
{
  while(current != last.link)
  {
    current.info.CheckAvailableSteps();

    if(stop)
      return true;

    current = current.link;
    if(current != last.link)
      _mediator.MoveCurrentToNext();
  }
  if(this.NextStep())
  {
    return BeginProcess();
  }
  else
    return false;
}

public void Stop()
{
  this.stop = true;
}

CircularLinkedList是程序求解的关键部件，我们从上面的递归调用中可以看出求解的思路。在下部分内容中，将介绍中介者Mediator对象。