Каждый, кто пытался запрограммировать хотя бы простейший редактор текста на низком уровне, сталкивался с задачей организации памяти для хранения редактируемого текста. Структура данных для хранения текста должна удовлетворять следующим требованиям:
- иметь малые накладные расходы по памяти. Большая часть доступной памяти должна использоваться для хранения текста, а не служебной информации;
- допускать эффективную вставку и удаление в произвольном месте текста.
Удовлетворить эти требования одновременно непросто. Если рассмотреть широкоизвестные структуры данных, такие как массивы, списки, деревья, стеки, очереди, кольцевые буфера — то такой структуры, которая бы позволила эффективно выполнить оба требования, не встречается. В случае массива имеем незначительные накладные расходы по памяти, но операция вставки имеет сложность O(n), где n — размер редактируемого текста. В случае списка сложность вставки и удаления составляет O(1), однако накладные расходы по памяти в несколько раз превышают размер собственно текста. Деревья, кучи, кольцевые буфера, ассоциативные массивы и прочие структуры и вовсе неприменимы для хранения текста в редакторе.
Встречаются гибридные решения, когда текст хранится в наборе массивов, которые, в свою очередь, объединены в список. Казалось бы, такой подход позволяет объединить преимущества массивов и списков (быстрая вставка/удаление при низких накладных расходах по памяти). Однако такое решение сложно в реализации. Также оно приводит к фрагментации памяти.
Предлагаю вашему вниманию эффективную структуру данных для хранения редактируемого текста, которая проста в реализации, имеет константные накладные расходы по памяти и быструю вставку/удаление в произвольном месте. Также она позволяет эффективно редактировать файлы, которые целиком не умещаются в оперативную память.
Несмотря на то, что эта структура данных была открыта давно и использовалась в текстовых редакторах на старых ЭВМ в 8-битную эпоху, это тайное знание предков было в значительной мере утеряно и в современных редакторах встречается редко. Попробуйте открыть файл, состоящий из одной строки мегабайт на 10, в Notepad или Far. Вставка и удаление символов будет длиться секундами.
Читать полностью »
