JavaScript数据结构04 - 链表

时间 2019-11-06

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1、定义

1.1 概念

前面咱们学习了数组这种数据结构。数组（或者也能够称为列表）是一种很是简单的存储数据序列的数据结构。在这一节，咱们要学习如何实现和使用链表这种动态的数据结构，这意味着咱们能够从中任意添加或移除项，它会按需进行扩容。node

要存储多个元素，数组（或列表）多是最经常使用的数据结构，它提供了一个便利的[]语法来访问它的元素。然而，这种数据结构有一个缺点：（在大多数强类型语言中）数组的大小是固定的，须要预先分配，从数组的起点或中间插入或移除项的成本很高，由于须要移动元素。
（注意：在JavaScript中数组的大小随时可变，不须要预先定义长度）git

链表存储有序的元素集合，但不一样于数组，链表中的元素在内存中并非连续放置的。每一个元素由一个存储元素自己的节点和一个指向下一个元素的引用（也称指针或连接）组成。github

相对于传统的数组，链表的一个好处在于，添加或删除元素的时候不须要移动其余元素。然而，链表须要使用指针，所以实现链表时须要额外注意。数组的另外一个细节是能够直接访问任何位置的元素，而想要访问链表中间的一个元素，须要从起点（表头）开始迭代列表直到找到所需的元素。segmentfault

火车能够当作生活中一个典型的链表的例子。一列火车是由一系列车箱组成的。每节车箱都相互链接。你很容易分离一节车箱，改变它的位置，添加或移除它。数组

1.2 分类

链表最经常使用的有三类：微信

单向链表
双向链表
循环链表

2、链表的实现

2.1 单向链表

建立单向链表类：数据结构

// SinglyLinkedList
function SinglyLinkedList () {
  function Node (element) {
    this.element = element;
    this.next = null;
  }

  var length = 0;
  var head = null;
  
  this.append = function (element) {};
  this.insert = function (position, element) {};
  this.removeAt = function (position) {};
  this.remove = function (element) {};
  this.indexOf = function (element) {};
  this.isEmpty = function () {};
  this.size = function () {};
  this.getHead = function () {};
  this.toString = function () {};
  this.print = function () {};
}

SinglyLinkedList须要一个辅助类Node。Node类表示要加入链表的项。它包含一个element属性，即要添加到链表的值，以及一个next属性，即指向链表中下一个节点项的指针。app

链表里面有一些声明的辅助方法：学习

append(element)：向链表尾部添加新项
insert(position, element)：向链表的特定位置插入一个新的项
removeAt(position)：从链表的特定位置移除一项
remove(element)：从链表中移除一项
indexOf(element)：返回元素在链表中的索引。若是链表中没有该元素则返回-1
isEmpty()：若是链表中不包含任何元素，返回true，若是链表长度大于0，返回false
size()：返回链表包含的元素个数，与数组的length属性相似
getHead()：返回链表的第一个元素
toString()：因为链表使用了Node类，就须要重写继承自JavaScript对象默认的toString()方法，让其只输出元素的值
print()：打印链表的全部元素

下面咱们来一一实现这些辅助方法：测试

// 向链表尾部添加一个新的项
  this.append = function (element) {
    var node = new Node(element);
    var currentNode = head;

    // 判断是否为空链表
    if (currentNode === null) {
      // 空链表
      head = node;
    } else {
      // 从head开始一直找到最后一个node
      while (currentNode.next) {
        // 后面还有node
        currentNode = currentNode.next;
      }
      currentNode.next = node;
    }

    length++;
  };

  // 向链表特定位置插入一个新的项
  this.insert = function (position, element) {
    if (position < 0 && position > length) {
      // 越界
      return false;
    } else {
      var node = new Node(element);
      var index = 0;
      var currentNode = head;
      var previousNode;

      if (position === 0) {
        node.next = currentNode;
        head = node;
      } else {
        while (index < position) {
          index++;
          previousNode = currentNode;
          currentNode = currentNode.next; 
        }
  
        previousNode.next = node;
        node.next = currentNode;
      }

      length++;

      return true;
    }
  };

  // 从链表的特定位置移除一项
  this.removeAt = function (position) {
    if (position < 0 && position >= length || length === 0) {
      // 越界
      return false;
    } else {
      var currentNode = head;
      var index = 0;
      var previousNode;

      if (position === 0) {
        head = currentNode.next;
      } else {
        while (index < position) {
          index++;
          previousNode = currentNode;
          currentNode = currentNode.next;
        }
        previousNode.next = currentNode.next;
      }

      length--;

      return true;
    }
  };

  // 从链表的特定位置移除一项
  this.removeAt = function (position) {
    if (position < 0 && position >= length || length === 0) {
      // 越界
      return false;
    } else {
      var currentNode = head;
      var index = 0;
      var previousNode;

      if (position === 0) {
        head = currentNode.next;
      } else {
        while (index < position) {
          index++;
          previousNode = currentNode;
          currentNode = currentNode.next;
        }
        previousNode.next = currentNode.next;
      }

      length--;

      return true;
    }
  };

  // 从链表中移除指定项
  this.remove = function (element) {
    var index = this.indexOf(element);
    return this.removeAt(index);
  };

  // 返回元素在链表的索引，若是链表中没有该元素则返回-1
  this.indexOf = function (element) {
    var currentNode = head;
    var index = 0;

    while (currentNode) {
      if (currentNode.element === element) {
        return index;
      }

      index++;
      currentNode = currentNode.next;
    }

    return -1;
  };

  // 若是链表中不包含任何元素，返回true，若是链表长度大于0，返回false
  this.isEmpty = function () {
    return length == 0;
  };

  // 返回链表包含的元素个数，与数组的length属性相似
  this.size = function () {
    return length;
  };

  // 获取链表头部元素
  this.getHead = function () {
    return head.element;
  };

  // 因为链表使用了Node类，就须要重写继承自JavaScript对象默认的toString()方法，让其只输出元素的值
  this.toString = function () {
    var currentNode = head;
    var string = '';

    while (currentNode) {
      string += ',' + currentNode.element;
      currentNode = currentNode.next;
    }

    return string.slice(1);
  };

  this.print = function () {
    console.log(this.toString());
  };

建立单向链表实例进行测试：

// 建立单向链表实例
var singlyLinked = new SinglyLinkedList();
console.log(singlyLinked.removeAt(0));              // true
console.log(singlyLinked.isEmpty());              // true
singlyLinked.append('Tom');                       
singlyLinked.append('Peter');
singlyLinked.append('Paul');
singlyLinked.print();                             // "Tom,Peter,Paul"
singlyLinked.insert(0, 'Susan');                  
singlyLinked.print();                             // "Susan,Tom,Peter,Paul"
singlyLinked.insert(1, 'Jack');                   
singlyLinked.print();                             // "Susan,Jack,Tom,Peter,Paul"
console.log(singlyLinked.getHead());              // "Susan"
console.log(singlyLinked.isEmpty());              // false
console.log(singlyLinked.indexOf('Peter'));       // 3
console.log(singlyLinked.indexOf('Cris'));        // -1
singlyLinked.remove('Tom');                       
singlyLinked.removeAt(2);                         
singlyLinked.print();                             // "Susan,Jack,Paul"

2.2 双向链表

双向链表和普通链表的区别在于，在普通链表中，一个节点只有链向下一个节点的连接，而在双向链表中，连接是双向的：一个链向下一个元素，另外一个链向前一个元素。

建立双向链表类：

// 建立双向链表DoublyLinkedList类
function DoublyLinkedList () {
  function Node (element) {
    this.element = element;
    this.next = null;
    this.prev = null;        // 新增
  }

  var length = 0;
  var head = null;
  var tail = null;          // 新增
}

能够看到，双向链表在Node类里有prev属性（一个新指针），在DoublyLinkedList类里也有用来保存对列表最后一项的引用的tail属性。

双向链表提供了两种迭代列表的方法：从头至尾，或者从尾到头。咱们能够访问一个特定节点的下一个或前一个元素。

在单向链表中，若是迭代链表时错过了要找的元素，就须要回到链表起点，从新开始迭代。在双向链表中，能够从任一节点，向前或向后迭代，这是双向链表的一个优势。

实现双向链表的辅助方法：

// 向链表尾部添加一个新的项
  this.append = function (element) {
    var node = new Node(element);
    var currentNode = tail;

    // 判断是否为空链表
    if (currentNode === null) {
      // 空链表
      head = node;
      tail = node;
    } else {
      currentNode.next = node;
      node.prev = currentNode;
      tail = node; 
    }

    length++;
  };

  // 向链表特定位置插入一个新的项
  this.insert = function (position, element) {
    if (position < 0 && position > length) {
      // 越界
      return false;
    } else {
      var node = new Node(element);
      var index = 0;
      var currentNode = head;
      var previousNode;

      if (position === 0) {
        if (!head) {
          head = node;
          tail = node;
        } else {
          node.next = currentNode;
          currentNode.prev = node;
          head = node;
        }
      } else if (position === length) {
        this.append(element);
      } else {
        while (index < position) {
          index++;
          previousNode = currentNode;
          currentNode = currentNode.next; 
        }
  
        previousNode.next = node;
        node.next = currentNode;

        node.prev = previousNode;
        currentNode.prev = node;
      }

      length++;

      return true;
    }
  };

  // 从链表的特定位置移除一项
  this.removeAt = function (position) {
    if (position < 0 && position >= length || length === 0) {
      // 越界
      return false;
    } else {
      var currentNode = head;
      var index = 0;
      var previousNode;

      if (position === 0) {
        // 移除第一项
        if (length === 1) {
          head = null;
          tail = null;
        } else {
          head = currentNode.next;
          head.prev = null;
        }
      } else if (position === length - 1) {
        // 移除最后一项
        if (length === 1) {
          head = null;
          tail = null;
        } else {
          currentNode = tail;
          tail = currentNode.prev;
          tail.next = null;
        }
      } else {
        while (index < position) {
          index++;
          previousNode = currentNode;
          currentNode = currentNode.next;
        }
        previousNode.next = currentNode.next;
        previousNode = currentNode.next.prev;
      }

      length--;

      return true;
    }
  };

  // 从链表中移除指定项
  this.remove = function (element) {
    var index = this.indexOf(element);
    return this.removeAt(index);
  };

  // 返回元素在链表的索引，若是链表中没有该元素则返回-1
  this.indexOf = function (element) {
    var currentNode = head;
    var index = 0;

    while (currentNode) {
      if (currentNode.element === element) {
        return index;
      }

      index++;
      currentNode = currentNode.next;
    }

    return -1;
  };

  // 若是链表中不包含任何元素，返回true，若是链表长度大于0，返回false
  this.isEmpty = function () {
    return length == 0;
  };

  // 返回链表包含的元素个数，与数组的length属性相似
  this.size = function () {
    return length;
  };

  // 获取链表头部元素
  this.getHead = function () {
    return head.element;
  };

  // 因为链表使用了Node类，就须要重写继承自JavaScript对象默认的toString()方法，让其只输出元素的值
  this.toString = function () {
    var currentNode = head;
    var string = '';

    while (currentNode) {
      
      string += ',' + currentNode.element;
      currentNode = currentNode.next;
    }

    return string.slice(1);    
  };

  this.print = function () {
    console.log(this.toString());
  };

建立双向链表实例进行测试：

// 建立双向链表
var doublyLinked = new DoublyLinkedList();
console.log(doublyLinked.isEmpty());              // true
doublyLinked.append('Tom');                       
doublyLinked.append('Peter');
doublyLinked.append('Paul');
doublyLinked.print();                             // "Tom,Peter,Paul"
doublyLinked.insert(0, 'Susan');                  
doublyLinked.print();                             // "Susan,Tom,Peter,Paul"
doublyLinked.insert(1, 'Jack');                   
doublyLinked.print();                             // "Susan,Jack,Tom,Peter,Paul"
console.log(doublyLinked.getHead());              // "Susan"
console.log(doublyLinked.isEmpty());              // false
console.log(doublyLinked.indexOf('Peter'));       // 3
console.log(doublyLinked.indexOf('Cris'));        // -1
doublyLinked.remove('Tom');                       
doublyLinked.removeAt(2);                         
doublyLinked.print();                             // "Susan,Jack,Paul"

2.3 循环链表

循环链表能够像单向链表同样只有单向引用，也能够像双向链表同样有双向引用。循环链表和普通链表之间惟一的区别在于，最后一个元素指向下一个元素的指针（next）不是引用null，而是指向第一个元素（head）。这里就不进行代码实现了，你们能够结合上面的单向链表和双向链表本身实现一个循环链表。

3、结束

本文会同步到个人我的博客，完整代码能够到个人github仓库查看，若是对你有帮助的话欢迎点一个Star~~