使用Python实现
class LongString:
def __init__(self, s):
self.chars = list(s)
def get_char(self, index):
if 0 <= index < len(self.chars):
return self.chars[index]
raise IndexError("Index out of range")
def set_chars(self, start, end, new_chars):
if start < 0 or end >= len(self.chars) or start > end:
raise IndexError("Invalid range")
self.chars[start:end + 1] = list(new_chars)
# 示例使用
long_str = "a" * 10001
string_obj = LongString(long_str)
print(string_obj.get_char(5))
string_obj.set_chars(10, 20, "bbb")
性能优化及避免内存泄漏阐述
- 数据结构选择：
- 使用列表（
list）来存储字符串中的字符。在Python中，字符串是不可变对象，每次修改字符串都会创建一个新的对象，这会导致大量的内存开销。而列表是可变的，对列表进行元素的修改操作不会像字符串那样频繁创建新对象，从而提高性能并避免不必要的内存泄漏。
- 边界检查：
- 在
get_char和set_chars方法中进行严格的边界检查。在get_char方法中，确保索引在有效范围内，避免越界访问导致程序崩溃。在set_chars方法中，检查起始和结束索引是否在合法范围内，防止对不存在的位置进行修改操作。这不仅保证了程序的正确性，也有助于避免潜在的内存泄漏（例如，错误的索引可能导致访问到未分配的内存区域）。
- 局部性原理：
- 尽量减少对列表的随机访问，在需要连续修改或读取时，利用切片操作。切片操作在Python中是相对高效的，并且利用了局部性原理，减少了内存的随机访问次数，提高了缓存命中率，从而提高执行效率。例如在
set_chars方法中，使用切片self.chars[start:end + 1]来进行批量修改。
使用C++实现
#include <iostream>
#include <string>
class LongString {
private:
std::string chars;
public:
LongString(const std::string& s) : chars(s) {}
char get_char(size_t index) {
if (index < chars.size()) {
return chars[index];
}
throw std::out_of_range("Index out of range");
}
void set_chars(size_t start, size_t end, const std::string& new_chars) {
if (start <= end && start < chars.size() && end < chars.size()) {
chars.replace(start, end - start + 1, new_chars);
} else {
throw std::out_of_range("Invalid range");
}
}
};
// 示例使用
int main() {
std::string long_str(10001, 'a');
LongString string_obj(long_str);
std::cout << string_obj.get_char(5) << std::endl;
string_obj.set_chars(10, 20, "bbb");
return 0;
}
C++性能优化及避免内存泄漏阐述
- 数据结构选择：
- 使用
std::string，它在内部有优化的存储和管理机制。std::string可以动态管理内存，并且对常见的字符串操作（如修改、拼接等）进行了优化。它使用引用计数或写时复制（COW）机制（在某些实现中），在字符串内容不发生变化时，多个std::string对象可以共享相同的内存，减少内存占用。
- 边界检查：
- 同Python实现一样，在
get_char和set_chars方法中进行边界检查。std::string的replace方法本身会对边界进行检查，但在方法外部再次检查可以提供更好的错误信息和更严格的安全性，避免越界操作导致内存泄漏或未定义行为。
- 内存管理：
std::string对象在析构时会自动释放其占用的内存，这有助于避免手动管理内存带来的内存泄漏问题。在set_chars方法中，replace操作会自动处理好内存的重新分配和释放，不需要手动干预。同时，尽量减少std::string对象的频繁创建和销毁，例如在set_chars方法中，直接在原std::string对象上进行修改，而不是创建新的std::string对象再赋值回去。
