在 Rust 的单链表中实现 .pop() 的更好方法是什么？

Question

我已经在 Rust 中实现了我自己的单链表版本，这是我学习它的挑战之一，除了 .pop() 方法之外，我对那里的所有东西都很满意。 使用 2 while 循环非常丑陋且效率低下，但我发现没有其他方法可以克服将索引处的节点 len() - 2 设置为 None（弹出列表），并使用来自索引处的节点的数据的问题len() - 1 表示 Some(data) 返回值（返回被弹出的元素）。

GitHub 链接

pub struct SimpleLinkedList<T> {
    head: Option<Box<Node<T>>>,
}

struct Node<T> {
    data: T,
    next: Option<Box<Node<T>>>,
}

impl<T> Default for SimpleLinkedList<T> {
    fn default() -> Self {
        SimpleLinkedList { head: None }
    }
}

impl<T: Copy> Clone for SimpleLinkedList<T> {
    fn clone(&self) -> SimpleLinkedList<T> {
        let mut out: SimpleLinkedList<T> = SimpleLinkedList::new();
        let mut cur = &self.head;
        while let Some(node) = cur {
            cur = &node.next;
            out.push(node.data)
        }
        out
    }
}

impl<T> SimpleLinkedList<T> {
    pub fn new() -> Self {
        Default::default()
    }

    pub fn len(&self) -> usize {
        let mut c = 0;
        let mut cur = &self.head;
        while let Some(node) = cur {
            cur = &node.next;
            c += 1;
        }
        c
    }

    pub fn is_empty(&self) -> bool {
        self.len() == 0
    }

    pub fn push(&mut self, _element: T) {
        let mut cur = &mut self.head;
        match cur {
            Some(_) => {
                while let Some(node) = cur {
                    cur = &mut node.next;
                }
            }
            None => (),
        }
        *cur = Some(Box::from(Node {
            data: _element,
            next: None,
        }));
    }

    pub fn pop(&mut self) -> Option<T>
    where
        T: Copy,
    {
        let length = &self.len();
        let mut cur = &mut self.head;
        let mut out = None;
        match cur {
            Some(_) if *length > 1usize => {
                let mut c = 0usize;
                while let Some(node) = cur {
                    cur = &mut node.next;
                    if c >= length - 1 {
                        out = Some(node.data);
                        break;
                    }
                    c += 1;
                }

                c = 0usize;
                cur = &mut self.head;
                while let Some(node) = cur {
                    cur = &mut node.next;
                    if c == length - 2 {
                        break;
                    }
                    c += 1;
                }
            }
            Some(node) => out = Some(node.data),
            None => (),
        }
        *cur = None;
        out
    }

    pub fn peek(&self) -> Option<&T> {
        let cur = &self.head;
        match cur {
            Some(node) => Some(&node.data),
            None => None,
        }
    }
}

impl<T: Copy> SimpleLinkedList<T> {
    pub fn rev(&self) -> SimpleLinkedList<T> {
        let mut clone = self.clone();
        let mut out: SimpleLinkedList<T> = SimpleLinkedList::new();
        while let Some(val) = clone.pop() {
            out.push(val)
        }
        out
    }
}

impl<'a, T: Copy> From<&'a [T]> for SimpleLinkedList<T> {
    fn from(_item: &[T]) -> Self {
        let mut out: SimpleLinkedList<T> = SimpleLinkedList::new();
        for &e in _item.iter() {
            out.push(e);
        }
        out
    }
}

impl<T> Into<Vec<T>> for SimpleLinkedList<T> {
    fn into(self) -> Vec<T> {
        let mut out: Vec<T> = Vec::new();
        let mut cur = self.head;
        while let Some(node) = cur {
            cur = node.next;
            out.push(node.data)
        }
        out
    }
}

Answer 1

你可以通过跟踪你看到的最后一个元素来避免重新遍历列表（然后在最后更新它）。

如果你对如何做到这一点很天真，你就会遇到麻烦； 您的“前一个”指针保留列表其余部分的所有权，借用检查器不允许这样做。 诀窍是在您进行时断开该链接 - 为此您可以使用mem::replace函数。 完成此操作后，您必须将其放回原处，以免再次失去对先前节点的跟踪。

以下是完整的内容（您必须原谅我对unwrap自由使用 - 我确实认为它使事情更清晰）：

pub fn pop(&mut self) -> Option<T>
    where T : Copy,
{
    use std::mem::replace;

    let curr = replace(&mut self.head, None);

    if curr.is_none() { // list started off empty; nothing to pop
        return None;
    }

    let mut curr = curr.unwrap(); // safe because of the check above

    if let None = curr.next { // popped the last element
        return Some(curr.data);
    }

    let mut prev_next = &mut self.head;

    while curr.next.is_some() {
        // Take ownership of the next element
        let nnext = replace(&mut curr.next, None).unwrap();

        // Update the previous element's "next" field
        *prev_next = Some(curr);

        // Progress to the next element
        curr = nnext;

        // Progress our pointer to the previous element's "next" field
        prev_next = &mut prev_next.as_mut().unwrap().next;

    }

    return Some(curr.data);
}

顺便说一句，如果您愿意稍微更改接口以便我们每次都返回一个“新”列表（在pop函数中获得所有权），或者使用持久数据结构，那么所有这些指针混洗都会简化很多，因为它们在学习 Rust 中使用太多的链表（已经在评论中提到）：

pub fn pop_replace(self) -> (Option<T>, Self) {
    // freely mutate self and all the nodes
}

你会使用像：

let elem, list = list.pop();

Answer 2

灵感来自这里

fn pop(&mut self) -> Option<T> {
        let mut current: &mut Option<Box<Node<T>>> = &mut self.head;
        loop {
            // println!("curr: {:?}", current);
            match current {
                None => {
                    return None;
                }
                Some(node) if node.next.is_none() => {
                    let val = node.data;
                    *current = node.next.take();
                    return Some(val);
                }
                Some(ref mut node) => {
                    current = &mut node.next;
                }
            }
        }
    }