Python中异或链表的实现

什么是异或链表？

异或链表又称为XOR链表，是一种特殊的链表结构。它和普通的链表类似，但是每个节点的指针除了指向下一个节点之外，还指向前一个节点和后一个节点的异或值。

异或链表的实现

定义节点类

在Python中实现异或链表，首先需要定义节点类。节点类有三个属性：

• data：节点存储的数据；
• both：指向前一个节点和后一个节点的异或值；
• prev_pointer：指向前一个节点的指针。

class Node:
    def __init__(self, data):
        self.data = data
        self.both = 0
        self.prev_pointer = None

实现链表类

链表类有两个属性：

• head：指向链表的第一个节点；
• tail：指向链表的最后一个节点。

链表类有四个方法：

• add_element(data): 向链表中添加一个元素；
• get_element(index): 获取链表中某个索引位置上的元素；
• get_len(): 获取链表的长度；
• print_list(): 打印链表的所有元素。

class XorLinkedList:
    def __init__(self):
        self.head = None
        self.tail = None

    def add_element(self, data):
        new_node = Node(data)

        if self.head is None:
            self.head = new_node
            self.tail = new_node
        else:
            self.tail.both = id(new_node) ^ self.tail.both
            new_node.prev_pointer = self.tail
            self.tail = new_node

    def get_element(self, index):
        if index >= self.get_len():
            return None

        prev_node = 0
        curr_node = self.head

        for i in range(index):
            next_node = prev_node ^ curr_node.both
            prev_node = id(curr_node)
            curr_node = _get_obj(next_node)

        return curr_node.data

    def get_len(self):
        if self.head is None:
            return 0

        prev_node = 0
        curr_node = self.head
        count = 1

        while curr_node.both != prev_node:
            next_node = prev_node ^ curr_node.both
            prev_node = id(curr_node)
            curr_node = _get_obj(next_node)
            count += 1

        return count

    def print_list(self):
        prev_node = 0
        curr_node = self.head

        while curr_node is not None:
            print(curr_node.data, end=' ')
            next_node = prev_node ^ curr_node.both
            prev_node = id(curr_node)
            curr_node = _get_obj(next_node)

其中，_get_obj(node_id)方法可以根据节点的内存地址获取节点对象。

import ctypes

def _get_obj(node_id):
    return ctypes.cast(node_id, ctypes.py_object).value

示例

xor_list = XorLinkedList()

xor_list.add_element(1)
xor_list.add_element(2)
xor_list.add_element(3)

assert xor_list.get_element(0) == 1
assert xor_list.get_element(1) == 2
assert xor_list.get_element(2) == 3

assert xor_list.get_len() == 3

xor_list.print_list() # 1 2 3

总结

异或链表是一种特殊的链表结构，可以用来节省指针的空间。在Python中实现异或链表主要是通过节点的内存地址进行异或运算来实现。