JavaScript如何實(shí)現(xiàn)常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

這篇文章將為大家詳細(xì)講解有關(guān)JavaScript如何實(shí)現(xiàn)常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，小編覺(jué)得挺實(shí)用的，因此分享給大家做個(gè)參考，希望大家閱讀完這篇文章后可以有所收獲。

在  JavaScript 中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通常總是被忽略，或者接觸得不多。但是對(duì)于許多大廠而言，一般都需要你深刻了解如何管理數(shù)據(jù)。掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也能夠在解決問(wèn)題時(shí)為你的工作提供幫助。

在本文中，我們將要討論并實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是：

• 棧

• 隊(duì)列

• 鏈表

• 哈希表

• 樹(shù)

棧

第一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是棧。它與隊(duì)列非常相似，你之前可能聽(tīng)說(shuō)過(guò)調(diào)用棧，這是 JavaScript 用于處理事件的方法。

?？雌饋?lái)像這樣：

最后一個(gè)存入棧里的項(xiàng)目將是第一個(gè)被移除的項(xiàng)目。這被稱為后進(jìn)先出（LIFO）。 Web 瀏覽器中的后退按鈕就是一個(gè)很好的例子：將你查看的每個(gè)頁(yè)面添加到棧中，當(dāng)你單擊“返回”時(shí)，將從棧中彈出當(dāng)前頁(yè)面（最后添加的頁(yè)面）。

理論足夠多了。接下來(lái)看一些代碼：

class Stack {
  constructor() {
    // 創(chuàng)建棧結(jié)構(gòu)，這是一個(gè)空對(duì)象
    this.stack = {}
  }
  // 把一個(gè)值壓入棧的頂部
  push(value) {

  }
  // 彈出棧頂?shù)闹挡⒎祷?
  pop() {

  }

  // 讀取棧中的最后一個(gè)值，但是不刪除
  peek() {

  }
}

我已經(jīng)對(duì)上面的代碼進(jìn)行了注釋，現(xiàn)在咱們一起對(duì)其進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。第一種方法是 push。

先思考一下需要這個(gè)方法做的事情：

• 我們需要接受一個(gè)值

• 然后將該值添加到棧的頂部

• 還應(yīng)該跟蹤棧的長(zhǎng)度，以便知道棧的索引

如果你能夠先自己嘗試一下，那就太好了，完整的 push 方法實(shí)現(xiàn)如下：

class Stack {
  constructor() {
    this._storage = {};
    this._length = 0; // 這是棧的大小
  }

  push(value) {
    // 將值添加到棧頂
    this._storage[this._length] = value;
    // 因?yàn)樵黾恿艘粋€(gè)值，所以也應(yīng)該將長(zhǎng)度加1
    this._length++;
  }
  /// .....
}

我敢打賭，這比你想象的要容易。有許多類(lèi)似這樣的結(jié)構(gòu)，它們聽(tīng)起來(lái)比實(shí)際上要復(fù)雜得多。

現(xiàn)在是 pop 方法。 pop 方法的目標(biāo)是刪除最后一個(gè)添加到棧中的值，然后返回它。如果可以的話，請(qǐng)先自己嘗試實(shí)現(xiàn)：

class Stack {
  constructor() {
    this._storage = {};
    this._length = 0;
  }

  pop() {
    // we first get the last val so we have it to return
    const lastVal = this._storage[--this._length]
    // now remove the item which is the length - 1 
    delete this._storage[--this._length]
    // decrement the length
    this._length--;
    // now return the last value
    return lastVal
  }
}

酷！快要完成了。最后一個(gè)是 peek 函數(shù)，該函數(shù)查看棧中的最后一項(xiàng)。這是最簡(jiǎn)單的功能：只需要返回最后一個(gè)值。實(shí)現(xiàn)是：

class Stack {
  constructor() {
    this._storage = {};
    this._length = 0;
  }
  /*
  * Adds a new value at the end of the stack
  * @param {*} value the value to push
  */

  peek() {
    const lastVal = this._storage[--this._length]
    return lastVal
  }
}

所以它與 pop 方法非常相似，但不刪除最后一項(xiàng)。

Yes！第一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。接著是隊(duì)列，隊(duì)列與棧非常相似。

隊(duì)列

接下來(lái)討論隊(duì)列——希望棧在你的腦子仍然記得很清楚，因?yàn)樗完?duì)列非常相似。棧和隊(duì)列之間的主要區(qū)別在于隊(duì)列是先進(jìn)先出（FIFO）。

可以用圖形這樣表示：

所以兩個(gè)主要方法是 enqueue 與 dequeue。數(shù)據(jù)被添加到隊(duì)尾，并從隊(duì)首移除。為了更好的理解它，下面開(kāi)始實(shí)現(xiàn)隊(duì)列。

核心代碼結(jié)構(gòu)如下所示：

class Queue {
  constructor() {
    // 與前面類(lèi)似，我們?yōu)閿?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)提供了一個(gè)對(duì)象
    // 并且還有一個(gè)變量來(lái)保存長(zhǎng)度
    this.queue = {}
    this.length = 0
    // 這是一個(gè)跟蹤頭部的新變量
    this.head = 0
  }

  enqueue(value) {

  }

  dequeue() {

  }

  peek() {

  }
}

首先實(shí)現(xiàn) enqueue 方法。其目的是向隊(duì)尾添加一個(gè)項(xiàng)目。

enqueue(value) {
  // 使用 value 參數(shù)將 length + head 的鍵添加到對(duì)象
  this.queue[this.length + this.head] = value;
  this.length++
}

這是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的方法，可以在隊(duì)列的末尾添加一個(gè)值，但是你可能會(huì)對(duì)this.queue[this.length + this.head] = value;感到困惑。

假設(shè)隊(duì)列看起來(lái)像這樣的  {14 : 'randomVal'}。在添加這個(gè)內(nèi)容時(shí)，我們希望的下一個(gè)值為 15，所以應(yīng)該是  length(1) + head(14)，即為 15。

下一個(gè)要實(shí)現(xiàn)的是 dequeue ：

dequeue() {
  // 獲取第一個(gè)值的引用，以便將其返回
  const firstVal = this.queue[this.head]
  // 現(xiàn)在將其從隊(duì)列中刪除
  delete this.queue[this.head]
  this.length--;
  // 最終增加我們的頭成為下一個(gè)節(jié)點(diǎn)
  this.head++;
}

最后要實(shí)現(xiàn)的是 peek 方法，非常簡(jiǎn)單：

peek() {
  // 只需要把值返回即可
  return this.queue[this.head];
}

隊(duì)列實(shí)現(xiàn)完畢。

鏈表

先讓我們討論一下強(qiáng)大的鏈表。這比上面的結(jié)構(gòu)要復(fù)雜得多。

可能你第一個(gè)問(wèn)題是為什么要使用鏈表？鏈表主要用于沒(méi)有動(dòng)態(tài)大小調(diào)整數(shù)組的語(yǔ)言。鏈表按順序組織項(xiàng)目，一個(gè)項(xiàng)目指向下一個(gè)項(xiàng)目。

鏈表中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè) data 值和一個(gè) next 值。下圖中 5 是 data 值，next 值指向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，即值為 10 的節(jié)點(diǎn)。

在視覺(jué)上，它看起來(lái)像這樣：

在一個(gè)對(duì)象中，上面的 LinkedList 看起來(lái)像下面的樣子

你會(huì)看到最后一個(gè)值 1 的 next 值為 null，因?yàn)檫@是 LinkedList 的結(jié)尾。

那么該如何實(shí)現(xiàn)呢？

讓我們創(chuàng)建一個(gè)具有值 1、 2 和  37的 LinkedList。

const myLinkedList = {
    head: {
        value: 1
        next: {
            value: 2           
            next: {
                value: 37
                next: null
            }
        }
    }
};

現(xiàn)在我們知道了該怎樣手動(dòng)創(chuàng)建 LinkedList，但是還需要編碼實(shí)現(xiàn) LinkedList 的方法。

首先要注意的是，LinkedList 只是一堆嵌套對(duì)象！

當(dāng)構(gòu)造一個(gè) LinkedList 時(shí)，我們需要一個(gè) head 和一個(gè) tail，它們最初都會(huì)指向頭部（因?yàn)?head 是第一個(gè)也是最后一個(gè)）。

class LinkedList {
  constructor(value) {
    this.head = {value, next: null}
    this.tail = this.head
  }
}

第一個(gè)要實(shí)現(xiàn)的方法是 insert ，該方法用來(lái)在鏈表的末尾插入一個(gè)值。

// insert 將添加到鏈接列表的末尾
insert(value) {
  /* 創(chuàng)建一個(gè)節(jié)點(diǎn) */
  const node = {value, next: null}
  /* 把 tail 的 next 屬性設(shè)置為新節(jié)點(diǎn)的引用 */
  this.tail.next = node;
  /* 新節(jié)點(diǎn)現(xiàn)在是尾節(jié)點(diǎn) */
  this.tail = node;
}

上面最混亂的一行可能是 this.tail.next = node。之所以這樣做，是因?yàn)楫?dāng)添加一個(gè)新節(jié)點(diǎn)時(shí)，我們還希望當(dāng)前的 tail 指向新的 node，該節(jié)點(diǎn)將成為新的 tail。第一次插入 node 時(shí)，頭部的 next 指針將指向新節(jié)點(diǎn)，就像在構(gòu)造函數(shù)中那樣，在其中設(shè)置了 this.tail = this.head。

你還可以到這個(gè)網(wǎng)站來(lái)查看圖形化的演示，這將幫你了解插入的過(guò)程（按 esc 擺脫煩人的彈出窗口）。

下一個(gè)方法是刪除節(jié)點(diǎn)。我們首先要決定參數(shù)是值（ value） 還是對(duì)節(jié)點(diǎn)（node）的引用（在面試中，最好先問(wèn)問(wèn)面試官）。我們的代碼中傳遞了一個(gè)“值”。按值從列表中刪除節(jié)點(diǎn)是一個(gè)緩慢的過(guò)程，因?yàn)楸仨氁闅v整個(gè)列表才能找到值。

我這樣做是這樣的：

removeNode(val) {
  /* 從 head 開(kāi)始 */
  let currentNode = this.head
  /* 我們需要保留對(duì)上一個(gè)節(jié)點(diǎn)的引用 */
  let previousNode
  /* 當(dāng)存在一個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，意味著沒(méi)有到達(dá)尾部 */
  while(currentNode) {
     /* 如果發(fā)現(xiàn)自己想要的那個(gè)值，那么就退出循環(huán) */
     if(currentNode.value === val) {
        break;
     }
    /* 沒(méi)有找到值就將 currentNode 設(shè)置為 previousNode */
    previousNode = currentNode
    /* 得到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)并將其分配給currentNode  */
    currentNode = currentNode.next
  }
  /* 返回undefined，因?yàn)闆](méi)有找到具有該值的節(jié)點(diǎn)  */
  if (currentNode=== null) {
    return false;
  }

  // 如果節(jié)點(diǎn)是 head ，那么將 head 設(shè)置為下一個(gè)值
  頭節(jié)點(diǎn)的
  if (currentNode === this.head) {
    this.head = this.head.next;
    return;
  }
  /* 通過(guò)將節(jié)點(diǎn)設(shè)置為前面的節(jié)點(diǎn)來(lái)刪除節(jié)點(diǎn) */  
  previousNode.next = currentNode.next
}

removeNode 方法使我們對(duì) LinkedList 的工作方式有了很好的了解。

所以再次說(shuō)明一下，首先將變量 currentNode 設(shè)置為 LinkedList 的 head，因?yàn)檫@是第一個(gè)節(jié)點(diǎn)。然后創(chuàng)建一個(gè)名為 previousNode 的占位符變量，該變量將在 while 循環(huán)中使用。從條件 currentNode 開(kāi)始 while 循環(huán)，只要存在 currentNode，就會(huì)一直運(yùn)行。

在 while 循環(huán)中第一步是檢查是否有值。如果不是，則將 previousNode 設(shè)置為 currentNode，并將 currentNode 設(shè)置為列表中的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。繼續(xù)進(jìn)行此過(guò)程，直到找到我需要找的值或遍歷完節(jié)點(diǎn)為止。

在 while 循環(huán)之后，如果沒(méi)有 currentNode，則返回 false，這意味著沒(méi)有找到任何節(jié)點(diǎn)。如果確實(shí)存在一個(gè) currentNode，則檢查的 currentNode 是否為 head。如果是的話就把 LinkedList 的 head 設(shè)置為第二個(gè)節(jié)點(diǎn)，它將成為 head。

最后，如果 currentNode 不是頭，就把 previousNode 設(shè)置為指向 currentNode 前面的 node，這將會(huì)從對(duì)象中刪除 currentNode。

另一個(gè)常用的方法（面試官可能還會(huì)問(wèn)你）是 removeTail 。這個(gè)方法如其所言，只是去掉了 LinkedList 的尾節(jié)點(diǎn)。這比上面的方法容易得多，但工作原理類(lèi)似。

我建議你先自己嘗試一下，然后再看下面的代碼（為了使其更復(fù)雜一點(diǎn)，我們?cè)跇?gòu)造函數(shù)中不使用 tail）：

removeTail() {
  let currentNode = this.head;
  let previousNode;
  while (currentNode) {
    /* 尾部是唯一沒(méi)有下一個(gè)值的節(jié)點(diǎn)，所以如果不存在下一個(gè)值，那么該節(jié)點(diǎn)就是尾部 */
    if (!currentNode.next) {
      break;
    }
    // 獲取先前節(jié)點(diǎn)的引用
    previousNode = currentNode;
    // 移至下一個(gè)節(jié)點(diǎn)
    currentNode = currentNode.next;
  }
  // 要?jiǎng)h除尾部，將 previousNode.next 設(shè)置為 null
  previousNode.next = null;
}

這些就是 LinkedList 的一些主要方法。鏈表還有各種方法，但是利用以上學(xué)到的知識(shí)，你應(yīng)該能夠自己實(shí)現(xiàn)它們。

哈希表

接下來(lái)是強(qiáng)大的哈希表。

哈希表是一種實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)數(shù)組的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這意味著它把鍵映射到值。 JavaScript 對(duì)象就是一個(gè)“哈希表”，因?yàn)樗鎯?chǔ)鍵值對(duì)。

在視覺(jué)上，可以這樣表示：

在討論如何實(shí)現(xiàn)哈希表之前，需要討論討論哈希函數(shù)的重要性。哈希函數(shù)的核心概念是它接受任意大小的輸入并返回固定長(zhǎng)度的哈希值。

hashThis('i want to hash this') => 7

哈希函數(shù)可能非常復(fù)雜或直接。 GitHub 上的每個(gè)文件都經(jīng)過(guò)了哈希處理，這使得每個(gè)文件的查找都非?？?。哈希函數(shù)背后的核心思想是，給定相同的輸入將返回相同的輸出。

在介紹了哈希功能之后，該討論一下如何實(shí)現(xiàn)哈希表了。

將要討論的三個(gè)操作是 insert、get最后是 remove。

實(shí)現(xiàn)哈希表的核心代碼如下：

class HashTable {
  constructor(size) {
    // 定義哈希表的大小，將在哈希函數(shù)中使用
    this.size = size;
    this.storage = [];
  }
  insert(key, value) { }
  get() {}
  remove() {}
  // 這是計(jì)算散列密鑰的方式
  myHashingFunction(str, n) {
    let sum = 0;
    for (let i = 0; i < str.length; i++) {
      sum += str.charCodeAt(i) * 3;
    }
    return sum % n;
  }
}

現(xiàn)在解決第一個(gè)方法，即 insert。insert 到哈希表中的代碼如下（為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，此方法將簡(jiǎn)單的處理沖突問(wèn)題）：

insert(key, value) {
  // 得到數(shù)組中的索引
  const index = this.myHashingFunction(key, this.size);
  // 處理沖突 - 如果哈希函數(shù)為不同的鍵返回相同的索引，
  // 在復(fù)雜的哈希函數(shù)中，很可能發(fā)生沖突
  if (!this.storage[index]) {
    this.storage[index] = [];
  }
  // push 新的鍵值對(duì)
  this.storage[index].push([key, value]);
}

像這樣調(diào)用 insert 方法：

const myHT = new HashTable(5);
myHT.insert("a", 1);
myHT.insert("b", 2);

你認(rèn)為我們的哈希表會(huì)是什么樣的？

你可以看到鍵值對(duì)已插入到表中的索引 1 和 4 處。

現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)從哈希表中刪除

remove(key) {
    // 首先要獲取 key 的索引，請(qǐng)記住，
    // 哈希函數(shù)將始終為同一 key 返回相同的索引
    const index = this.myHashingFunction(key, this.size);
    // 記住我們?cè)谝粋€(gè)索引處可以有多個(gè)數(shù)組（不太可能）
    let arrayAtIndex = this.storage[index];
    if (arrayAtIndex) {
      // 遍歷該索引處的所有數(shù)組
      for (let i = 0; i < arrayAtIndex.length; i++) {
        // get the pair (a, 1)
        let pair = arrayAtIndex[i];
        // 檢查 key 是否與參數(shù) key 匹配
        if (pair[0] === key) {
          delete arrayAtIndex[i];
          // 工作已經(jīng)完成，所以要退出循環(huán)
          break;
        }
      }
    }
}

最后是  get 方法。這和 remove 方法一樣，但是這次，我們返回 pair 而不是刪除它。

 get(key) {
    const index = this.myHashingFunction(key, this.size);
    let arrayAtIndex = this.storage[index];
    if (arrayAtIndex) {
      for (let i = 0; i < arrayAtIndex.length; i++) {
        const pair = arrayAtIndex[i];
        if (pair[0] === key) {
          return pair[1];
        }
      }
    }
  }

我認(rèn)為不需要執(zhí)行這個(gè)操作，因?yàn)樗淖饔门c remove 方法相同。

你可以認(rèn)為它并不像最初看起來(lái)那樣復(fù)雜。這是一種到處使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，也是是一個(gè)很好理解的結(jié)構(gòu)！

二叉搜索樹(shù)

最后一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是臭名昭著的二叉搜索樹(shù)。

在二叉搜索樹(shù)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有零個(gè)、一個(gè)或兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)。左邊的稱為左子節(jié)點(diǎn)，右邊的稱為右子節(jié)點(diǎn)。在二叉搜索樹(shù)中，左側(cè)的子項(xiàng)必須小于右側(cè)的子項(xiàng)。

你可以像這樣描繪一個(gè)二叉搜索樹(shù)：

樹(shù)的核心類(lèi)如下：

class Tree {
   constructor(value) {
     this.root = null
   }

   add(value) {
    // 我們將在下面實(shí)現(xiàn)
   }

}

我們還將創(chuàng)建一個(gè) Node 類(lèi)來(lái)代表每個(gè)節(jié)點(diǎn)。

class Node {
  constructor(value, left = null, right = null) {
    this.value = value;
    this.left = left;
    this.right = right;
  }
}

下面實(shí)現(xiàn) add 方法。我已經(jīng)對(duì)代碼進(jìn)行了注釋，但是如果你發(fā)現(xiàn)使你感到困惑，請(qǐng)記住，我們要做的只是從根開(kāi)始并檢查每個(gè)節(jié)點(diǎn)的 left 和 right。

add(value) {
    // 如果沒(méi)有根，那么就創(chuàng)建一個(gè)
    if (this.root === null) {
      this.root = new Node(value);
      return;
    }
    let current = this.root;
    // keep looping
    while (true) {
      // 如果當(dāng)前值大于傳入的值，則向左
      if (current.value > value) {
        // 如果存在左子節(jié)點(diǎn)，則再次進(jìn)行循環(huán)
        if (current.left) {
          current = current.left;
        } else {
          current.left = new Node(value);
          return;
        }
      }
      // 值較小，所以我們走對(duì)了
      else {
        // 向右
        // 如果存在左子節(jié)點(diǎn)，則再次運(yùn)行循環(huán)
        if (current.right) {
          current = current.right;
        } else {
          current.right = new Node(value);
          return;
        }
      }
    }
}

測(cè)試新的 add 方法：

const t = new Tree();
t.add(2);
t.add(5);
t.add(3);

現(xiàn)在樹(shù)看起來(lái)是這樣：

為了更好的理解，讓我們實(shí)現(xiàn)一個(gè)檢查樹(shù)中是否包含值的方法。

contains(value) {
  // 獲取根節(jié)點(diǎn)
  let current = this.root;
  // 當(dāng)存在節(jié)點(diǎn)時(shí)
  while (current) {
    // 檢查當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是否為該值
    if (value === current.value) {
      return true; // 退出函數(shù)
    }
    // 通過(guò)將我們的值與 current.value 進(jìn)行比較來(lái)決定下一個(gè)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)
    // 如果小則往左，否則往右
    current = value < current.value ? current.left : current.right;
  }
  return false;
}

Add 和 Contains 是二進(jìn)制搜索樹(shù)的兩個(gè)核心方法。對(duì)這兩種方法的了解可以使你更好地解決日常工作中的問(wèn)題。

總結(jié)

我已經(jīng)在本文中介紹了很多內(nèi)容，并且掌握這些知識(shí)后在面試中將使你處于有利位置。希望你能夠?qū)W到一些東西，并能夠輕松地通過(guò)技術(shù)面試（尤其是討厭的白板面試）。

關(guān)于“JavaScript如何實(shí)現(xiàn)常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”這篇文章就分享到這里了，希望以上內(nèi)容可以對(duì)大家有一定的幫助，使各位可以學(xué)到更多知識(shí)，如果覺(jué)得文章不錯(cuò)，請(qǐng)把它分享出去讓更多的人看到。