LeetCode 付费题157. 用 Read4 读取 N 个字符解题思路

问题描述

实现一个 read 方法，通过给定的 read4 API 从文件中读取最多 n 个字符到目标缓冲区 buf 中。read4 每次从文件读取最多4个字符到临时缓冲区。

核心思路

1. 循环读取机制：
   • 通过多次调用 read4 分批读取数据
   • 每次读取后，将临时缓冲区的数据复制到目标缓冲区
   • 重复直到满足以下任一条件：
     • 读取字符数达到 n
     • 文件读取完毕（read4 返回0）
2. 关键变量：
   • idx：记录已复制到 buf 的字符数（目标缓冲区索引）
   • tmpBuf：临时缓冲区（固定大小4），存储 read4 的返回结果
   • cnt：每次 read4 实际读取的字符数（0~4）

算法步骤

1. 初始化：

   • 目标缓冲区索引 idx = 0
   • 创建临时缓冲区 tmpBuf = new char[4]

2. 循环读取：

   while (idx < n) {int cnt = read4(tmpBuf);  // 读取最多4个字符if (cnt == 0) break;      // 文件结束// 复制数据到目标缓冲区for (int i = 0; i < cnt; i++) {buf[idx + i] = tmpBuf[i];}idx += cnt;  // 更新已复制字符数
   }
   

3. 返回结果：

   • 实际读取字符数为 min(idx, n)
   • 文件结束但未读满 n 时，返回实际读取量

边界处理

• 文件不足 n 字符：当 read4 返回0时提前终止循环
• 读取超 n 字符：通过 idx < n 循环条件控制
• 缓冲区溢出防护：Math.min(idx, n) 确保返回值不超过 n

复杂度分析

1. 时间复杂度：
   • 循环次数：O(⌈n/4⌉)
   • 字符复制：O(n)
   • 总时间复杂度：O(n)
2. 空间复杂度：
   • 临时缓冲区 tmpBuf：O(4) = O(1)
   • 总空间复杂度：O(1)

示例说明

假设文件内容为 "abcdef"，n=5：

1. 第一次 read4 → tmpBuf="abcd", cnt=4
   • 复制到 buf[0:3], idx=4
2. 第二次 read4 → tmpBuf="ef", cnt=2
   • 复制到 buf[4:5], idx=6
3. 返回 min(6,5)=5 → buf="abcde"

适用场景

• 需要从流中分批读取数据的场景
• 目标缓冲区大小受限时
• 文件大小未知的情况（自动处理文件结束）

注：此解法严格遵循题目要求，高效处理字符读取和缓冲区管理，时间和空间复杂度均为最优。

完整代码

public class Solution extends Reader4 {/*** @param buf Destination buffer* @param n   Number of characters to read* @return    The number of actual characters read*/public int read(char[] buf, int n) {int idx = 0;char[] tmpBuf = new char[4];while (idx < n) {int cnt = read4(tmpBuf);if (cnt == 0) break;for (int i = 0; i < cnt; i++) buf[idx + i] = tmpBuf[i];idx += cnt;}return Math.min(idx, n);}
}