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语言实现

相关源文件

本页面全面概述了 Hello Algo 如何在多种编程语言中实现数据结构和算法。该存储库在多种语言中保持一致的实现,允许学习者使用他们偏好的编程语言来学习相同的概念。

支持的语言

Hello Algo 目前提供以下编程语言的实现

  • Python
  • Java
  • C/C++
  • JavaScript/TypeScript
  • Go
  • Rust
  • Swift
  • Dart
  • Zig
  • C#

每种语言的实现都遵循一致的结构,同时利用特定语言的功能来提供惯用的代码。

来源: codes/swift/Package.swift1-206 codes/rust/Cargo.toml1-414 codes/zig/build.zig1-222

实现结构

每种语言的实现都遵循一致的目录结构,反映了书籍章节的组织。这确保了代码示例与文档中的相应部分保持一致。

来源: codes/swift/Package.swift8-102 codes/rust/Cargo.toml7-410 codes/zig/build.zig14-202

常见实现模式

在所有语言的实现中,都保持了通用的模式和方法,以确保一致性并促进学习

一致的接口

跨语言的数据结构实现了相同的核心方法,并且具有相似的签名,这使得比较不同语言的实现更加容易。

示例:二叉搜索树接口

下表显示了二叉搜索树的实现如何在不同语言中保持一致的方法

方法目的
插入将具有给定值的节点插入树中
删除从树中删除具有给定值的节点
搜索在树中查找具有给定值的节点
获取根节点获取树的根节点

来源: codes/swift/chapter_tree/avl_tree.swift9-183 codes/rust/chapter_tree/binary_search_tree.rs17-158

相似的代码结构

同一概念的代码文件在不同语言之间共享相似的结构,包括

  1. 带有元数据的代码文件头
  2. 依赖项的导入语句
  3. 数据结构/算法实现
  4. 用于演示的驱动代码

实用函数

每种语言的实现都包括用于以下方面的实用函数

  • 打印数据结构
  • 不同表示形式之间的转换
  • 测试和验证

来源: codes/swift/utils/PrintUtil.swift1-93 codes/zig/include/PrintUtil.zig1-132 codes/rust/chapter_tree/binary_tree_dfs.rs1-88

特定语言的适配

在保持接口和功能一致的同时,每种语言的实现都利用了特定语言的功能来提供惯用的代码。

内存管理

语言在内存管理方式上有所不同

语言内存管理方法
Rust所有权系统,带有借用和生命周期
Swift自动引用计数 (ARC)
Zig使用分配器的手动内存管理
Python垃圾回收
C/C++手动内存管理

来源: codes/rust/chapter_tree/binary_search_tree.rs9-15 codes/swift/chapter_tree/avl_tree.swift9-19 codes/zig/chapter_heap/my_heap.zig28-31

数据结构实现

语言在利用其标准库和内置功能方面有所不同

来源: codes/swift/chapter_heap/my_heap.swift9-164 codes/zig/chapter_heap/my_heap.zig8-145 codes/rust/chapter_hashing/hash_map_chaining.rs8-128

构建和执行系统

每种语言的实现都使用其本地构建系统进行编译和执行。

Swift

Swift 使用 Swift 包管理器进行依赖管理和构建配置

  • Package.swift 中定义包
  • 每个章节示例的可执行目标
  • 包括 swift-collections(用于专用数据结构)等依赖项

编译命令示例

swift run <example_name>

来源: codes/swift/Package.swift1-206

Rust

Rust 使用 Cargo 进行依赖管理和构建配置

  • Cargo.toml 中定义包
  • 每个章节示例的二进制目标
  • 包括 rand(用于随机化)等依赖项

编译命令示例

cargo run --bin <example_name>

来源: codes/rust/Cargo.toml1-414 codes/rust/.gitignore1-2

Zig

Zig 使用其在 build.zig 中定义的构建系统

  • 每个章节示例的构建目标
  • 自定义编译步骤
  • 包含实用模块

编译命令示例

zig build run_<example_name> -Doptimize=ReleaseSafe

来源: codes/zig/build.zig1-222 codes/zig/.gitignore1-2

跨语言的节点数据结构

基于节点的(如链表和树)数据结构在不同语言中以相似的模式实现,并适应了特定语言的功能。

TreeNode 实现比较

语言主要功能
Swift基于类的,带有可选的子节点属性
Rust使用 RefCellRc 的结构体,用于安全的共享可变性
Zig具有显式内存管理和可空指针的结构体

来源: codes/swift/utils/TreeNode.swift1-72 codes/zig/include/TreeNode.zig1-63 codes/rust/chapter_tree/binary_tree_dfs.rs7-11

ListNode 实现比较

语言主要功能
Swift支持集合的 Hashable 协议类
Zig带有可空 next 指针的泛型结构体
Rust基于特定需求的各种实现

来源: codes/swift/utils/ListNode.swift1-34 codes/zig/include/ListNode.zig1-49

算法实现示例

算法在不同语言中的实现,在保持相似逻辑结构的同时,适应了各自的语法特性。

二分查找示例

不同语言中的二分查找实现,逻辑一致

  1. 初始化搜索边界
  2. 计算中间值
  3. 将目标与中间值进行比较
  4. 缩小搜索范围
  5. 重复直到找到或范围为空

来源: codes/zig/chapter_searching/binary_search.zig8-46 codes/rust/chapter_searching/binary_search_insertion.rs8-40 codes/swift/chapter_searching/binary_search_insertion.swift7-44

遍历算法

树遍历算法在不同语言中保持了统一的实现方式

来源: codes/swift/chapter_tree/binary_tree_dfs.swift1-71 codes/swift/chapter_tree/binary_tree_bfs.swift1-43 codes/rust/chapter_tree/binary_tree_bfs.rs1-46 codes/rust/chapter_tree/binary_tree_dfs.rs1-88

处理特定语言的功能

每种语言的实现都利用了其独特的语言特性(当有益时),同时保持了统一的逻辑模式。

语言特性使用示例

语言功能使用示例
Rust所有权系统内存安全的树遍历,无需垃圾回收
Swift协议扩展增强数据结构的集合行为
ZigComptime编译时泛型函数和类型安全
Python动态类型简化实现,减少类型注解

来源: codes/rust/chapter_tree/binary_search_tree.rs15-35 codes/zig/chapter_computational_complexity/worst_best_time_complexity.zig9-19 codes/zig/chapter_computational_complexity/space_complexity.zig39-59

通用辅助组件

所有语言实现都包含通用的辅助组件来支持主要的实现

  1. 打印工具:用于格式化和显示数据结构的函数
  2. 转换工具:用于在不同表示形式之间进行转换的函数
  3. 测试数据生成:用于生成测试数据的函数

打印工具在不同语言之间共享通用功能

来源: codes/swift/utils/PrintUtil.swift1-93 codes/zig/include/PrintUtil.zig1-132

特定语言的使用指南

本仓库提供了特定语言的使用和理解指南

内存管理注意事项

不同语言需要不同的内存管理方法

  • Rust:理解所有权、借用和生命周期
  • Zig:管理分配器和显式去分配
  • Swift:注意循环数据结构中的引用循环
  • C/C++:手动内存管理,包含分配/去分配

来源: codes/zig/chapter_heap/my_heap.zig28-31 codes/zig/chapter_heap/heap.zig30-35

结论

Hello Algo 的多语言方法提供了几个好处

  1. 语言选择:学习者可以选择自己喜欢的语言来学习算法
  2. 对比学习:理解同一概念在不同语言中的转换
  3. 惯用代码:学习如何以特定语言的惯用方式实现算法
  4. 一致的模式:识别数据结构和算法中的通用模式

有关具体的语言实现,请参阅相应的子页面