所谓的哨兵，就是一个标志，一个与查找目标对象一样的操作对象。

别人的经验，我们的阶梯！

今天和同事一起调代码，定位到一处很耗时的地方。

在某个线程中，同步周期需要保证在?2???毫秒(如果耗时不到??2???毫秒，那么就让剩下的时间进行??sleep??)。

但是在调用一个模块的内部函数时，时不时的就飘到了??3~5??毫秒，时间抖动毫无保证。

后来仔细分析了一下被调用的函数，发现是在查找链表中某个目标节点时，由于目标节点的不确定性，导致耗时飘来飘去。

后来想到是否可以用"哨兵"的思路来解决问题，于是就试了一下，果然有效。

特分享于此，使用??2??段代码来看一下代码执行效率的提升。

普通的算法

所谓的哨兵，就是一个标志，一个与查找目标对象一样的操作对象。

以前有一本书中举过这样的一个例子：

假如有??10000???个纸箱，每个箱子里面都有一张纸条，纸条上写有??1 ~ 10000??这些数字，数字不会重复。

现在：别人给了一个随机的数字，我们需要在这??10000??个箱子里找到与这个数字相同的纸条，找到之后退出操作。

面对这个问题，最直觉的想法就是：从头开始，遍历这??10000??个箱子，检查其中的纸条上数字是否与目标相同。

因为纸箱里的纸条不是按照顺序排列的，所以只能从头开始遍历;

大概就是下面这个样子：

复制int lookfor_num = xxx;
for (int i = 0; i < 10000; ++i)
{
    if (box[i] == lookfor_num)
    {
        printf("找到了！箱子编号是：%d \n", i);
        break;
    }
}1.2.3.4.5.6.7.8.9.

从上面这段示意性代码中可以看出，在??for???循环中主要有??2??个比较指令：

比较箱子的编号 i 是否到了最后一个箱子;比较箱子里的纸条上数字，是否与要查找的目标数字相同;

为了便于量化问题，我们写一个测试代码，打印出??for??循环的时间消耗。

为了便于客观比较，在测试代码中：

循环次数设置为 500000 万次;箱子里纸条上的数字按顺序存放，不影响讨论问题的本质;查找的数字设置为一个中间值 500000;

测试文件：??loop1.c??。

复制#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <sys/time.h>
#define LOOP_NUM  1000000
int main(int argc, char *argv[])
{
  long data[LOOP_NUM];
  long rand_num = 500000;
  struct timeval tv1, tv2;
  for (long i = 0; i < LOOP_NUM; ++i)
  {
    data[i] = i;
  }
  gettimeofday(&tv1, 0);
  for (long i = 0; i < LOOP_NUM; ++i)
  {
    if (data[i] == rand_num)
    {
      printf("hit rand_num. i = %ld \n", i);
      break;
    }
  }
  gettimeofday(&tv2, 0);

  long us1 = tv1.tv_sec * 1000000 + tv1.tv_usec;
  long us2 = tv2.tv_sec * 1000000 + tv2.tv_usec;

  printf("time elapse: %ld \n", us2 - us1);
  return 0;
}1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.15.16.17.18.19.20.21.22.23.24.25.26.27.28.29.30.31.32.

编译：??gcc loop1.c -o loop1??。

执行：

耗时大概在??1350 ~ 1380??微秒左右。

哨兵算法

哨兵算法的主要思想就是：降低在??for??循环中的比较操作。

因为纸箱的数量是有限的，上面的代码中，在还没有找到目标数字之前，需要对纸箱的序号进行检查：以免超过了最大的纸箱。

我们可以在最后额外添加一个纸箱，并且在其中存放我们查找的目标数字，额外添加的这个纸箱就叫做??哨兵??！

这样的话，在??for??循环中，就不需要检查当前这个纸箱序号是否超过了最大的纸箱。

因为：我们在哨兵纸箱中放了被查找的那个数字，所以是一定能够找到目标数字的：

要么是在前面的纸箱中, 要么是在哨兵纸箱中！

因此，在??for??循环中，就只需要比较纸条上的数字，而不用比较纸箱的序号是否达到最后一个了。

当找到目标数字之后，唯一要多做的步骤是：检查这个箱子是否为哨兵纸箱。

如果是哨兵纸箱：说明前面的纸箱中没有查找到目标数字。

如果不是哨兵纸箱：说明在前面的纸箱中查找到了目标数字。

测试代码??loop2.c??：

复制#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <sys/time.h>
#define LOOP_NUM  1000000
int main(int argc, char *argv[])
{
  long data[LOOP_NUM + 1];  // add another room
  long rand_num = 500000;
  struct timeval tv1, tv2;

  for (long i = 0; i < LOOP_NUM; ++i)
  {
    data[i] = i;
  }
  data[LOOP_NUM] = rand_num;  // add a sentinel

  gettimeofday(&tv1, 0);
  long i = 0;
  while (1)
  {
    if (data[i] == rand_num)
    {
      if (i != LOOP_NUM)
      {
        printf("hit rand_num. i = %ld \n", i);
        break;
      }
    }
    ++i;
  }
  gettimeofday(&tv2, 0);
  long us1 = tv1.tv_sec * 1000000 + tv1.tv_usec;
  long us2 = tv2.tv_sec * 1000000 + tv2.tv_usec;

  printf("time elapse: %ld \n", us2 - us1);
  return 0;
}1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.15.16.17.18.19.20.21.22.23.24.25.26.27.28.29.30.31.32.33.34.35.36.37.38.39.

编译：??gcc loop2.c -o loop2??。

执行：

耗时大概在??960 ~ 990??微秒之间。

小结

这篇短文仅仅是用??for??循环来讨论哨兵的编程思想。

在其它的一些编程场景中，应用的机会还是挺多的，也能够非常显著的提升代码的执行效率。

责任编辑：姜华来源： IOT物联网小镇