力扣模拟专题之设计一个停车场系统

题目描述

请你给一个停车场设计一个停车系统。停车场总共有三种不同大小的车位：大，中和小，每种尺寸分别有固定数目的车位。

请你实现 ParkingSystem 类：

ParkingSystem(int big, int medium, int small) 初始化 ParkingSystem 类，三个参数分别对应每种停车位的数目。

bool addCar(int carType) 检查是否有 carType 对应的停车位。 carType 有三种类型：大，中，小，分别用数字 1， 2 和 3 表示。一辆车只能停在  carType 对应尺寸的停车位中。如果没有空车位，请返回 false ，否则将该车停入车位并返回 true 。

示例

输入：

["ParkingSystem", "addCar", "addCar", "addCar", "addCar"]

[[1, 1, 0], [1], [2], [3], [1]]

输出：

[null, true, true, false, false]

解释：

ParkingSystem parkingSystem = new ParkingSystem(1, 1, 0);

parkingSystem.addCar(1); // 返回 true ，因为有 1 个空的大车位

parkingSystem.addCar(2); // 返回 true ，因为有 1 个空的中车位

parkingSystem.addCar(3); // 返回 false ，因为没有空的小车位

parkingSystem.addCar(1); // 返回 false ，因为没有空的大车位，唯一一个大车位已经被占据了

提示：

0 <= big, medium, small <= 1000

carType 取值为 1， 2 或 3

最多会调用 addCar 函数 1000 次

白银段位之简单变量

直接使用几个成员变量来记录 。

class ParkingSystem {
public:
    int b, m, s;
    ParkingSystem(int big, int medium, int small): b(big), m(medium), s(small) {}

    
    bool addCar(int ct) {
        if (ct == 1 && b > 0) return b-->0;

        else if (ct == 2 && m > 0) return m-->0;

        else if (ct == 3 && s > 0) return s-->0;

        return false;
    }
};

时间复杂度：O(1)

空间复杂度：O(1)

黄金段位之数组

更好的方法是使用数组来进行记录。当增加车类型，只需要重载一个构造方法即可。

class ParkingSystem {
public:
    int m[4];
    ParkingSystem(int big, int medium, int small) {
        m[1] = big;
        m[2] = medium;
        m[3] = small;
    }
    
    
    bool addCar(int ct) {
        if (ct == 1 && m[1] > 0) return m[1]-->0;

        else if (ct == 2 && m[2] > 0) return m[2]-->0;

        else if (ct == 3 && m[3] > 0) return m[3]-->0;

        return false;
    }
};

时间复杂度：O(1)

空间复杂度：O(1)

铂金段位之二进制分段

 JDK 中的 ThreadPoolExecutor 使用了一个 ctl 变量 (int 类型) 的前 33 位记录线程池的状态，后 29 位记录程池中线程个数。

当线程数量变化为某个特定值时，要修改的就不仅仅是线程数量，还需要修改线程池的状态。

由于并发环境下，如果要做到原子性地同时需要修改两个 int 的话。只能上重量级锁，重量级锁就会涉及到内核态的系统调用，通常是耗时是用户态的上百倍。

如果我们将线程数量和线程池的状态合二为一之后，我们只需要修改一个 int，这时候只需要使用 CAS 做法（用户态）即可保证线程安全与原子性，性能也得到了提升。

如果我们允许同时停入不同类型的车，在不引入重量级锁的前提下，想要实现同时修改两种类型的车的车位，可以采用二进制分段做法 。1000 的二进制表示只有 10 位，一个 int 有 32 位，因此我们可以使用一个 int 配合位运算来分段做。使用 [0,10)代表 big，[10,20) 表示 medium，[20,30) 表示 small。

class ParkingSystem {
    int cnt; // [small medium big]
    public ParkingSystem(int _big, int _medium, int _small) {
        for (int i = 0; i < 30; i++) {
            int cur = 0;
            if (i < 10) {
                cur = (_big >> i) & 1;
            } else if (i < 20) {
                cur = (_medium >> (i - 10)) & 1;
            } else if (i < 30) {
                cur = (_small >> (i - 20)) & 1;
            }
            cnt += cur == 1 ? (1 << i) : 0;
        }
    }

    public boolean addCar(int ct) {
        int cur = countOfType(ct);
        if (cur > 0) {
            setCount(ct, cur - 1);
            return true;
        }
        return false;
    }

    int countOfType(int ct) {
        int ans = 0;
        int start = --ct * 10, end = start + 10;
        for (int i = start; i < end; i++) {
            if (((cnt >> i) & 1) == 1) {
                ans += (1 << (i - start));
            }
        }
        return ans;
    }

    void setCount(int ct, int pc) {
        int start = --ct * 10, end = start + 10;
        for (int i = start; i < end; i++) {
            if (((pc >> (i - start)) & 1) == 1) {
                cnt |= (1 << i);
            } else {
                cnt &= ~(1 << i);
            }
        }
    }
}