【C/C++】636. 函数的独占时间

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题目链接：636. 函数的独占时间

题目描述

有一个 单线程 CPU 正在运行一个含有 n 道函数的程序。每道函数都有一个位于 0 和 n-1 之间的唯一标识符。

函数调用 存储在一个 调用栈 上 ：当一个函数调用开始时，它的标识符将会推入栈中。而当一个函数调用结束时，它的标识符将会从栈中弹出。标识符位于栈顶的函数是 当前正在执行的函数 。每当一个函数开始或者结束时，将会记录一条日志，包括函数标识符、是开始还是结束、以及相应的时间戳。

给你一个由日志组成的列表 logs ，其中 logs[i] 表示第 i 条日志消息，该消息是一个按 "{function_id}:{"start" | "end"}:{timestamp}" 进行格式化的字符串。例如，"0:start:3" 意味着标识符为 0 的函数调用在时间戳 3 的 起始开始执行 ；而 "1:end:2" 意味着标识符为 1 的函数调用在时间戳 2 的 末尾结束执行。注意，函数可以 调用多次，可能存在递归调用 。

函数的 独占时间 定义是在这个函数在程序所有函数调用中执行时间的总和，调用其他函数花费的时间不算该函数的独占时间。例如，如果一个函数被调用两次，一次调用执行 2 单位时间，另一次调用执行 1 单位时间，那么该函数的 独占时间 为 2 + 1 = 3 。

以数组形式返回每个函数的 独占时间 ，其中第 i 个下标对应的值表示标识符 i 的函数的独占时间。

提示:

• 1⩽n⩽1001 \leqslant n \leqslant 1001⩽n⩽100
• 1⩽logs.length⩽5001 \leqslant logs.length \leqslant 5001⩽logs.length⩽500
• 0⩽functionid<n0 \leqslant function_id < n0⩽functioni​d<n
• 0⩽timestamp⩽1090 \leqslant timestamp \leqslant 10^90⩽timestamp⩽109
• 两个开始事件不会在同一时间戳发生
• 两个结束事件不会在同一时间戳发生
• 每道函数都有一个对应 "start" 日志的 "end" 日志

示例 1：

输入：n = 2, logs = ["0:start:0","1:start:2","1:end:5","0:end:6"]
输出：[3,4]
解释：
函数 0 在时间戳 0 的起始开始执行，执行 2 个单位时间，于时间戳 1 的末尾结束执行。 
函数 1 在时间戳 2 的起始开始执行，执行 4 个单位时间，于时间戳 5 的末尾结束执行。 
函数 0 在时间戳 6 的开始恢复执行，执行 1 个单位时间。 
所以函数 0 总共执行 2 + 1 = 3 个单位时间，函数 1 总共执行 4 个单位时间。

示例 2：

输入：n = 1, logs = ["0:start:0","0:start:2","0:end:5","0:start:6","0:end:6","0:end:7"]
输出：[8]
解释：
函数 0 在时间戳 0 的起始开始执行，执行 2 个单位时间，并递归调用它自身。
函数 0（递归调用）在时间戳 2 的起始开始执行，执行 4 个单位时间。
函数 0（初始调用）恢复执行，并立刻再次调用它自身。
函数 0（第二次递归调用）在时间戳 6 的起始开始执行，执行 1 个单位时间。
函数 0（初始调用）在时间戳 7 的起始恢复执行，执行 1 个单位时间。
所以函数 0 总共执行 2 + 4 + 1 + 1 = 8 个单位时间。

示例 3：

输入：n = 2, logs = ["0:start:0","0:start:2","0:end:5","1:start:6","1:end:6","0:end:7"]
输出：[7,1]
解释：
函数 0 在时间戳 0 的起始开始执行，执行 2 个单位时间，并递归调用它自身。
函数 0（递归调用）在时间戳 2 的起始开始执行，执行 4 个单位时间。
函数 0（初始调用）恢复执行，并立刻调用函数 1 。
函数 1在时间戳 6 的起始开始执行，执行 1 个单位时间，于时间戳 6 的末尾结束执行。
函数 0（初始调用）在时间戳 7 的起始恢复执行，执行 1 个单位时间，于时间戳 7 的末尾结束执行。
所以函数 0 总共执行 2 + 4 + 1 = 7 个单位时间，函数 1 总共执行 1 个单位时间。

示例 4：

输入：n = 2, logs = ["0:start:0","0:start:2","0:end:5","1:start:7","1:end:7","0:end:8"]
输出：[8,1]

示例 5：

输入： n = 1, logs = ["0:start:0","0:end:0"]
输出： [1]

整理题意

题目给定一个日志信息的字符串数组，数组中每个字符串都以 "id:"start"|"end":timestamp" 的形式给出，表示函数的 id、当前函数的状态 "start"|"end" 和当前的时间戳 timestamp，如果一个函数没有结束时，而运行了一个新的函数的话，就会悬挂上一个函数，也就是暂停，当运行的函数结束时，又会继续运行被悬挂的函数，和函数调用的过程很像，题目要求我们求出每个函数运行的时间。需要注意的是，同一个函数可能会调用很多次。

解题思路分析

根据函数调用的过程，我们可以使用栈来模拟这个过程，栈顶的元素为当前正在执行函数，当函数调用开始时，如果当前有函数正在运行，则当前正在运行函数应当停止，然后将调用函数入栈。当函数调用结束时，将栈顶元素弹出，如果此时栈顶有被暂停的函数，则开始运行该函数。

由于题目数据规定每一个函数都有一个对应的 start 和 end 日志，且当遇到一个 end 日志时，栈顶元素一定为其对应的 start 日志。那么我们对于每一个函数记录它的函数标识符和上次开始运行的时间戳，此时我们只需要在每次函数暂停运行的时候来计算执行时间和开始运行的时候更新时间戳即可。

具体实现

设计一个栈存储的元素为一个 pair，一个 pair 元素包含函数 id 和函数的时间戳 time。

对于每个日志信息，我们取出对应的函数编号 id，函数状态 state，函数时间戳 time：

• 如果当前函数状态为 start，判断当前栈里是否有函数正在运行，如果有的话就结算当前正在运行的函数已经执行的时间，然后将当前函数压入栈中。
• 如果当前函数状态为 end，此时栈顶函数一定是与之对应的 start，计算运行时间后将其从栈中移出，如果移除后栈里还有元素，将此时栈顶的函数继续运行，也就是将此时栈顶元素的时间戳更新为当前的时间。

重复以上过程，直至遍历完所有日志 logs。

复杂度分析

• 时间复杂度：O(n)O(n)O(n)，其中 n 为全部日志 logs 的数量，n 条日志信息对应总共 n 次入栈和出栈操作。
• 空间复杂度：O(n)O(n)O(n)，其中 n 为全部日志 logs 的数量，n 条日志信息对应 n2\frac{n}{2}2n​ 次入栈操作，最坏的情况下全部 n2\frac{n}{2}2n​ 条日志入栈后才会依次弹栈。

代码实现

class Solution {
public:
    vector<int> exclusiveTime(int n, vector<string>& logs) {
        vector<int> ans(n, 0);
        // pair<id, time>
        stack<pair<int, int>> s;
        while(s.size()) s.pop();
        for(auto &log : logs){
            string sid = "", state = "", stime = "";
            int i = 0, m = log.length();
            // 读取字符串形式的 编号 sid
            while(log[i] != ':') sid += log[i++];
            i++;
            // 读取字符串形式的 状态 state
            while(log[i] != ':') state += log[i++];
            i++;
            // 读取字符串形式的 时间 stime
            while(i < m) stime += log[i++];
            // 字符串转换为 int 型
            int id = stoi(sid), time = stoi(stime);
            // 如果当前状态为 开始
            if(state == "start"){
                // 如果栈非空，先结算上一个时间
                if(!s.empty()){
                    ans[s.top().first] += time - s.top().second;
                }
                s.emplace(id, time);
            }
            // 如果为结束状态
            else{
                // 栈顶为其对应的开始
                ans[s.top().first] += time - s.top().second + 1;
                s.pop();
                // 继续开始运行栈顶
                if(!s.empty()){
                    s.top().second = time + 1;
                }
            }
        }
        return ans;
    }
};

总结

• 该题为栈模拟题，按照题目要求进行设计栈中的元素，模拟函数运行过程，计算每个函数运行时间即可。
• 难点在于代码实现过程中的细节处理，包括时间戳的边界处理（计算时间时是否 +1 的问题），对栈顶元素的时间戳进行修改等操作。需要特别注意计算每个函数运行的时间。
• 测试结果：

结束语

成功，从来都不是一夜降临，而是由无数个努力的瞬间积累起来的。当你觉得累的时候，记得告诉自己：再坚持一下。眼下你吃过的苦，都会积累成未来的满堂喝彩。新的一天，加油！