练习 24：URL 快速路由

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自豪地采用

我们将结束数据结构和算法的部分，并将数据结构用于实际问题。我已经写了几个 Web 服务器，一个不断出现的问题是，将 URL 路径匹配到“动作”。你会在每个 Web 框架，Web 服务器，和必须基于层次化的键来“路由”信息的任何东西中发现此问题。当你的 Web 服务器收到URL /do/this/stuff/时，必须确定每个部分是否可能附加了某种操作或配置。如果你在/do/配置了 Web 应用程序，那么你的网络服务器应该使用/this/stuff/做什么呢？是否认为它是失败的，或将其传递给 Web 应用程序？如果/do/this/中有一个目录怎么办？而且，如何快速检测到错误的 URL，因此你不必处理不存在的巨大请求？

这种层次化的搜索经常出现，这是对你将算法和数据结构应用于问题的能力，以及性能分析能力进行测试的最佳测试。

挑战练习

首先，请确定你了解 URL 是什么以及如何使用。如果没有，那么我建议你花时间去写一个带有一些复杂路由的小型 Flask 应用程序。这是你将要实现的路由。

接下来，你应该执行以下操作：

创建一个简单的基本的URLRouter类，你将为所有实现派生它。你应该可以对此URLRouter执行以下操作：
- 添加一个带有关联对象的新 URL。
- 获取 URL 的完全匹配。搜索/DO/THIS/STUFF/只返回正好是它的东西。
- 获取 URL 的最佳匹配。搜索/DO/THIS/STUFF/将匹配/DO/，如果这是唯一的匹配。
- 获取以此 URL 开头的所有对象。
- 获取 URL 的最短匹配对象。搜索/DO/THIS/STUFF/会返回/DO/而不是/DO/THIS/。
- 获取 URL 的最长匹配对象。搜索/DO/THIS/STUFF/将返回/DO/THIS/而不是/DO/。

使用TSTree创建URLRouter的子类，因为这样最容易了。确保测试了下面这些事情：
- 不同长度的随机 URL 和路径，在TSTREE和你搜索的内容里面。
- 在不同情况下只寻找部分路径
- 完全不存在的路径

存在和不存在的非常长的路径

一旦你让这个子类工作，并测试完毕，推广你的测试，所以你可以在所有打算完成的实现中运行它。

然后，尝试使用DoubleLinkedList，BSTree，Dictionary和 Python 的dict来实现。确保你的泛用测试适用于所有这些。

一旦完成了，开始分析这些实现的不同操作的性能。

目标是看看与其他数据结构相比，TSTree有多快。它可能会击败大多数东西，但也许 Python dict多数情况会赢，因为它针对 Python 进行了优化。你甚至可以为每个操作猜测，哪个数据结构具有最佳性能。

研究性学习

我省略了SuffixArray，因为它类似于TSTree，但为了使用它，你必须添加相同的操作。实现它，然后看看SuffixArray如何比较。

研究你最喜欢的 Web 服务器或 Web 框架是如何实现的。你会发现很多使用 URL 人不知道什么是三叉搜索树，尽管它对于常见操作非常有用。

深入学习

如果你想深入了解算法和数据结构，我强烈推荐 Steven S. Skiena 的一书。他的书使用 C，所以你可能需要先阅读《笨办法学 C》，以便能够浏览它。除此之外，它是一本很好的书，因为它涵盖了分析算法和数据结构的性能的理论和实现。