CMU15445 (Spring 2023) #Project0-Toy模板网

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CMU15445 (Spring 2023) #Project0

前言

写这篇文章，初衷是因为网上很少有关于CMU15445-2023的博客文章。记录下我在做的过程中走过的弯路，一方面是对自己工作的一个总结，另一方面也能帮助到在做这门课的 #project 时踩坑而无从下手的同学，何乐而不为？

一、你需要提前知道的

我使用的编译环境：
系统：Ubuntu 20.04.1
IDE：Clion

语法要求

掌握基本C++11语法（C++Primer）
简单的 C++17语法，如：string_view

重点掌握

dynamic_cast基本用法
智能指针的基本用法

二、四个Task

Task #1 - Copy-On-Write Trie

2023年的 #project0 实现与往年不同，实现的是一棵可持久化的字典树。
具体什么是可持久化的字典树，不建议上网搜索，网上的版本普遍和这个项目的版本有实现上的区别。

其实官方描述中写的较为清晰，建议反复阅读直到真正看懂再开始实践做题。

这一部分，我们要完成 Get、Put、Remove操作

建议先从 Get 入手，最简单。
std::string_view 就是一个字符串视图，它支持size、begin、end、下标操作

Get ( ) 思路

我们沿着字符串找到最后的值节点。然后使用dynamic_cast转换。dynamic_cast允许指针安全地向下转换（即由基类转为派生类指针），失败则返回 nullptr 。但这里的问题是智能指针不支持这个转换，故我们使用智能指针的 get( ) 方法取得裸指针，然后再进行转换就好了。

接着写 Put

Put ( ) 思路

这里的关键在于阅读好官方对该方法的说明。我们在插入节点时，并非是在原Trie上插入节点，而是在搜索要插入节点的路径上不断 Clone( )，只有这样，我们才能得到非const的节点来对其children_进行操作。我的做法是使用多个指针进行维护，初始时两个指针都指向父节点，然后令一个指针下探进行操作，另一个指针不变，等操作完后更新父节点，再下探。

课程不给展示代码，我附一点点帮助大家理解并开头

std::shared_prt<TrieNode>cur = std::shared_ptr<TrieNode>(root_->Clone());

其次要意识到 Clone( ) 是得到一个全新的节点，我们需要记得将其与它的上一层节点连接

最后附一个想了很久的bug，我在网上找了很久没一个人提到…可能大家都默认了…

//B是A的派生类
//b是B类型的对象
std::shared_ptr<A> a = std::make_shared<A>(b);

看这个例子，我想当然的认为make_shared会保留多态性质生成一个指向b的基类指针。然而事实是make_shared会先截断b，只留下A部分的值，然后生成指针。在本题中就是TrieNodeWithValue会被截断为TrieNode，那就错了。

这样的bug非常难找，找到之后也很难绕过来，网上也找不到相关说明，非常折磨。
正确做法是
std::shared_ptr<A> a = std::make_shared<B>(b);

更新一个例子
如下：最后分别打印 A B

#include <iostream>
#include <memory>

using namespace std;
class A{
public:
    virtual void print() {
        cout << "A" << endl;
        }
    };

class B: public A {
public:
    void print() override {
        cout << "B" << endl;
        }
    };

int main() {
    shared_ptr<A> ptr1 = make_shared<A>();
    shared_ptr<A> ptr2 = make_shared<B>();
    ptr1->print();
    ptr2->print();
    }

最后写Remove

Remove( ) 思路

Remove的过程要意识到不只要删除规定节点。
原因：如果规定节点的父节点只有这一子节点并且自己不是一个值节点，那么我们也需要顺带把它清理掉。这一过程是递归的，我们要从底往上一个一个清理直到遇到不能清理的。

Remove( ) 实现

这里我的做法是开一个 vector 记录路径节点避免递归，然后从最后向前迭代，按上面的做法删除节点。
顺便一提，const_cast可以消除指针的const属性，可能有时候要用到。但如果你要大量使用之，无疑是你的设计出现了问题。这道题完全可以不用const_cast完成。

Task #2 - Concurrent Key-Value Store

这一部分我们要完成并发条件下的读写。
这里不要想复杂了，关键在于好好体会可持久化字典树的优势，好好阅读官方文档。(上面有超链接)

思路

我们在这里完全不用读写锁，只需要两把互斥锁，但得益于可持久化字典树每一次 Put、Remove 都会生成一个新版本的字典树，我们天然地解决了读写者的问题。因为每一个线程的 Put、Remove 都是对新树操作，完全不会影响到别的线程上的 Get，Get 仍在读旧版本的字典树。
(这段可能编完就懂了)

实现

Get 在获取 root_ 时上锁
Put、Remove 对整个函数上锁

如果是C++11之后，请使用 std::page_guard管理你的std::mutex
C++17之后可以使用std::scoped_lock管理

我的笔记

写完前两个 Task，便理解可持久化的含义了。它保存了不同版本的字典树，而并非始终对同一棵字典树进行修改。
举个例子：字典树的一个使用场景就是平常我们使用搜索网站的搜索历史。我们每搜索一次就相当于创建一个新的叶结点。如下图：小明想学习C语言和C++，于是小明打开百度搜索这两个关键词，于是搜索历史形成了一个小字典树。其中圆形代表中间节点，正方形代表叶结点。
CMU15445 (Spring 2023) #Project0
经过努力，小明速成了C语言，他决定将这个搜索记录删了，因为他认为自己已经掌握了C。于是字典树变成了最不想看到的链表状。
时间过得很快，一年后，小明发现自己已经把 C 忘光了，以至于他忘记自己学的语言是啥名字了，他想搜索可是不知道名字。更糟糕的是，这时他已经把字典树修改了，回不到过去的历史了，看来小明这辈子都学不会 C 语言了。于是，他在心中暗暗发誓：如果上天能给我再来一次的机会，我会对C语言说三个字：… …
但是，如果使用可持久化字典树，小明只需回调到上个版本即可，因为其可以保存每一次搜索的字典树！于是小明又可以愉快地继续学习了。他很感激可持久化字典树又给了他再来一次的机会。

Task #3 - Debugging

在 Clion 下，在配置里，课程已经写好了编译文件，直接选择对应的并调试即可
这里我 debug 出来是 8、1、42
答案是对的，但问题是这个结果依赖于随机数，评测系统生成出来的不是这三个数。
解决方法在这个大佬的文章里：这儿

Task #4 - SQL String Functions

比较简单，可以使用C++自带的算法：std::trannsform。另外需要注意的就是返回异常类型时，不要使用std::exception()。项目里写了自己的Exception() 按要求构造就完事了。

三、评测注意

评测网站，官网上的FAQ中有写
不知道为什么我在 cmake 时安装clang-format-14失败，最后我是先用clang-format-12改一遍，再上交的。如果安装失败的话，可以写完直接上交到评测网站，它会有一个文件详细的列出哪些地方不合规范，照着改就好了。
只有格式对了，才会开始打分，否则一律0分！