decodeString

此题是leetCode 394

第一个版本写的非常挫折，代码也十分混乱。比较大的收获是gdb调试熟悉多了. 这也是比较挫的实现，让人失之东隅收之桑榆吧！总结一些心得:

先不要着急开始写;
有些情况是递归方便, 有些情况是非递归方便(例如按层遍历树, 包括此题). 前提是, 如果需要递归把递归的操作拆解清楚(返回类型, 入参等); 对于递归情况很复杂的，尝试拆解手工栈的操作;
对于这种明显利用栈的, 先把栈操作的内容搞清楚, 入栈出栈都是哪些内容? 时机是哪些? 出栈后的具体动作是什么? 此题解法2,3中是数字和字符入栈，而不是’[’, '['只是标记入栈的时机。这些问题没有搞清，就不要想着直接去走递归利用系统栈去得到解法。如果顺利可以得到，但大概率会不顺利。对于设计其他数据结构的把基本操作也先尝试搞清.
有关解析状态:
- 一般还是写一下BNF表达式比较好(而不是直接用脑子想)，有助于搞清楚所处的若干个状态; 理解下一个字符对状态转换的分支的作用; 有关这点参考一下第一个递归解法的注释;
- 先搞1个或几个具体的例子，拆解解析字符的每一步的动作应该是什么(入栈, 出栈, 具体动作, etc.)
使用iterator或integer counter不是问题关键。搞清前面2项才是关键;

解法1: 最初的递归版本

#include <iostream>
#include <cctype>
#include <string>
#include <vector>using namespace std;class Solution {public:string decodeString(const string &s);private:vector<char> stack_;int parse_repeat_num_(string::const_iterator *beg); string decodeString_(string::const_iterator *beg);string makeup_partial_string(int repeat_num, const string& str);string handleStartWithDigit(string::const_iterator *beg);
};int Solution::parse_repeat_num_(string::const_iterator *beg) {string repeat_num_str = "";while (isdigit(**beg)) {repeat_num_str += **beg;(*beg)++;}      return stoi(repeat_num_str);
}string Solution::decodeString(const string& s) {auto st = s.cbegin(), ed = s.cend();string ans("");do {string tmp = decodeString_(&st);ans += tmp;cout << "tmp=" << tmp << endl;} while (st != ed);cout << "result=" << ans << endl; return ans;
}string Solution::makeup_partial_string(int repeat_num, const string& str) {string tmp = str;string result = string(str); while (--repeat_num) {result += tmp;}    return result;
}string Solution::handleStartWithDigit(string::const_iterator *beg) {auto *st = beg;string ans;if (isdigit(**st)) {int repeat_num = parse_repeat_num_(st);if (**st == '[') {stack_.push_back('[');(*st)++;ans = decodeString_(st);if (**st == ']') {stack_.pop_back();(*st)++; // point to the next one after ']';ans = makeup_partial_string(repeat_num, ans); return ans;}throw runtime_error("Error: handleDigit error");} else {throw runtime_error("Error: handleDigit error");} }return "";
}// BNF:
// <decode_string> ::= <decode_string>{, <decode_string>}  //1
// decode_string ::= [<digits> ] "[" <decode_string> "]"  //2
//
// 这个解法的decodeString_承担着2个职能，从handleStartWithDigit的调用,
// 需要将结果返回给handleStartWithDigit;通过stack_计数的，则由stack的状态控制(因为同一层的decode_string可能有多个并列的递归定义);
// 这导致返回的出口有好几处，结合不同状态，这让代码很不清晰;
//
string Solution::decodeString_(string::const_iterator *beg) {auto *st = beg;string ans = "";do {if (isdigit(**st)) {ans += handleStartWithDigit(st);if (**st == ']') {// 一个handleStartWithDigit结构解析出(已经处理了digit对应的], 下一个仍是]), 返回上一层;return ans;}} else if (isalpha(**st)) {string tmp;alpha_label: while (isalpha(**st)) {char c = **st;tmp += string(1, c);(*st)++;}ans += tmp;tmp = "";if (isdigit(**st)) {tmp = handleStartWithDigit(st);ans += tmp;tmp = "";goto alpha_label;}if (**st == ']') {// 字符结构的结束标志是], 返回调用decode_string_的上一层return ans;}}} while(stack_.size() != 0);return ans;
};int main() {Solution solution;string s = "3[a]2[bc]";  string s1 = "3[a2[c]]"; string s2 = "2[2[bc]]";solution.decodeString(s2);  // bcbcbcbcsolution.decodeString(s1);  // accaccaccsolution.decodeString(s);   // aaabcbcreturn 0;
}

解法2,3: 非递归实现

阅读了leetCode上的题解, 又写了以下2个非递归解法。入栈内容是数字和字符; 代码清晰了许多。时间复杂度O(n)
空间复杂度最大也小于O(n);

解法2:

#include <iostream>
#include <stack>using namespace std;class Solution {public:string decodeString(const string &s) {int n = s.size();int num = 0;string current_str("");for (int i = 0; i < n; ++i) {char c = s[i];if (isdigit(c)) {num = num * 10 + (c - '0');} else if (c == '[') {num_stack_.push(num);num = 0;str_stack_.push(current_str);current_str = "";} else if (isalpha(c)) {current_str += string(1, c);} else if (c == ']') {string str_top = str_stack_.top();int num_top = num_stack_.top();str_stack_.pop();num_stack_.pop();string tmp = current_str;while (--num_top) {current_str += tmp;}current_str = str_top + current_str;}}cout << "result: current_str=" << current_str << endl;return current_str;}private:stack<int> num_stack_;stack<string> str_stack_;
};int main() {Solution solution;string s = "3[a]2[bc]";string s1 = "3[a2[c]]"; string s2 = "2[2[bc]]";solution.decodeString(s2);solution.decodeString(s1);solution.decodeString(s);return 0;
}

解法3:

#include <iostream>
#include <stack>
#include <string>using namespace std;class Solution {public:string decodeString(const string &s) {auto st = s.cbegin(), ed = s.cend();int num = 0;string current_str("");// 使用iterator与否并不重要;for (; st != ed; ++st) {char c = *st;if (isdigit(c)) {num = parse_repeat_num(&st);} else if (c == '[') {num_stack_.push(num);num = 0;str_stack_.push(current_str);current_str = "";} else if (isalpha(c)) {current_str += string(1, c);} else if (c == ']') {string str_top = str_stack_.top();int num_top = num_stack_.top();str_stack_.pop();num_stack_.pop();string tmp = current_str;while (--num_top) {current_str += tmp;}current_str = str_top + current_str;}}cout << "result: current_str=" << current_str << endl;return current_str;}private:stack<int> num_stack_;stack<string> str_stack_;int parse_repeat_num(string::const_iterator *beg) {auto st = *beg;string res("");while (isdigit(*st)) {res += *st;st++;}*beg = st - 1;return stoi(res);}
};int main() {Solution solution;string s = "3[a]2[bc]";string s1 = "3[a2[c]]"; string s2 = "2[2[bc]]";solution.decodeString(s2);solution.decodeString(s1);solution.decodeString(s);return 0;
}

gdb 调试tip

// 需要用-g, 生成符号表; 否则gdb会报No symbol table is loaded, error;
// g++会自动调用ld，使用linker生成binary可执行文件， gcc不会; 会报出undefined reference error
g++ -g -std=c++11 -Wall 394.cpp -o main_394
gdb -q main_394

其他: s, n, p, file. etc.

结果

总结

重申一下总结要点：

此题的递归解法很难搞定, 所以注意某些情况是递归较容易，某些情况例如涉及状态机的情形，递归并不一定容易写出。此题在写解法1时，画了好复杂的一张状态转换图，并恰好直觉的将处理数字开头和‘[’开头的部分区分为2部分, 又发现必须利用栈来控制同一层字符中混有多个数字的情况，较顺利的得到结果。但尝试合并handleStartWithDigit和decodeString_2者并不成功，递归十分难写。
结合具体例子，搞清怎么设计栈内容，入栈时机和出栈时机，是较快较容易解出本题的关键;

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decodeString

解法1: 最初的递归版本

解法2,3: 非递归实现

gdb 调试tip

结果

总结

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