用 Read4 读取 N 个字符 II

难度: Hard

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# The read4 API is already defined for you.
# def read4(buf4: List[str]) -> int:

class Solution:
    def __init__(self):
        self.buf = []
        self.start = 0
        self.end = 0

    def read(self, buf: List[str], n: int) -> int:
        while n > 0:
            buf4 = [''] * 4
            read4(buf4)
            self.buf += [x for x in buf4 if x]
            self.end += 4 if n >= 4 else n
            # print(self.buf, self.start, self.end)
            n -= 4
        buf[:] = ''.join(self.buf[self.start:self.end])
        # print(buf)
        # print(self.buf, self.start, self.end)
        self.start = self.end
        return len(buf)

Explain

该题解使用一个缓冲区 self.buf 来存储读取到的字符。当调用 read 方法时，会不断调用 read4 方法，将读取到的字符放入缓冲区，直到读取到足够的字符或文件末尾。然后从缓冲区中取出需要的字符返回给调用者。通过维护缓冲区的起始位置 self.start 和结束位置 self.end，可以实现多次调用 read 方法，每次都能从上一次读取的位置继续读取。

时间复杂度: O(n)

空间复杂度: O(n)

# The read4 API is already defined for you.
# def read4(buf4: List[str]) -> int:

class Solution:
    def __init__(self):
        self.buf = []  # 缓冲区，用于存储读取到的字符
        self.start = 0  # 缓冲区的起始位置
        self.end = 0  # 缓冲区的结束位置

    def read(self, buf: List[str], n: int) -> int:
        while n > 0:
            buf4 = [''] * 4
            read4(buf4)  # 调用 read4 方法读取字符
            self.buf += [x for x in buf4 if x]  # 将读取到的非空字符放入缓冲区
            self.end += 4 if n >= 4 else n  # 更新缓冲区的结束位置
            # print(self.buf, self.start, self.end)
            n -= 4  # 更新还需要读取的字符数
        buf[:] = ''.join(self.buf[self.start:self.end])  # 将缓冲区中的字符复制到输出数组
        # print(buf)
        # print(self.buf, self.start, self.end)
        self.start = self.end  # 更新缓冲区的起始位置，准备下一次读取
        return len(buf)  # 返回实际读取的字符数

Explore

使用中间数组`buf4`是因为`read4`函数的设计是固定每次读取最多4个字符。如果直接将结果追加到`self.buf`，则可能在不需要全部4个字符的情况下过多地读取数据，导致缓冲区中的数据超过需要的数量。通过先将结果存储到`buf4`，可以更灵活地控制从`buf4`到`self.buf`的数据迁移，只迁移需要的字符数量，避免不必要的数据处理和潜在的内存浪费。

当`read4`返回的字符少于4个时，说明已经到达文件末尾。在代码中，通过`[x for x in buf4 if x]`这段代码过滤掉`buf4`中的空字符串元素，确保只有有效字符被添加到`self.buf`中。这样可以避免将不必要的空字符添加到缓冲区，从而防止越界访问。实际上，代码中并没有直接处理`read4`返回值小于4的逻辑，这是一个潜在的错误点，理应检查并根据`read4`的实际返回值来决定是否继续读取和处理数据。

使用`self.start`和`self.end`来管理缓冲区可以有效地控制和追踪已经读取和尚未读取的数据区间。这种方式允许在多次调用`read`方法时，能够从上次读取结束的位置继续读取，而不需要每次都重新从文件开始读取。这样不仅提高了数据读取的效率，也使得数据的管理更加灵活和高效。此外，这种设计支持了缓冲机制，即预先读取多于当前需要的数据，减少了对底层读取函数的调用次数，从而优化了性能。

这行代码的逻辑存在问题，因为它假设了`read4`总是会读取4个字符，这并不总是正确的，特别是在文件接近末尾时。正确的做法应该是基于实际从`read4`返回的字符数来更新`self.end`。例如，应该使用类似`self.end += min(len(buf4), n)`的更新逻辑，其中`len(buf4)`是检查`buf4`中实际有效字符的数量。这样的处理能确保在任何情况下，`self.end`都正确反映了`self.buf`中实际包含的字符数，避免了对缓冲区的越界访问或读取过多数据的问题。