关于javascript:理解JavaScript中的数据结构链表

作者：Vivek Bisht
译者：前端小智
起源：soshace

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对于 JS 初学者，了解链表可能是一项比拟艰难的工作，因为 JS 没有提供内置的链表。在像 JS 这样的高级语言中，咱们须要从头开始实现此数据结构，如果你不相熟此数据结构的工作形式，则实现局部会变得更加艰难 ?。

在本文中，咱们将探讨如何将链表存储在数据库中，实现链表的增加和删除，查找以及反转链表等操作。在实现链表之前，须要晓得相比数组和对象，链表的长处是什么。

咱们晓得，数组中的元素以索引编号和顺序存储在数据库中：

在应用数组时，在开始或特定索引处增加 / 删除元素这样的操作可能是一项性能较低的工作，因为咱们必须挪动所有其余元素的索引，造成这种起因是由数组的编号索引个性导致的。

应用对象能够解决上述问题。因为在对象中，元素存储地位是随机的，因而，在执行诸如在开始处或特定索引处增加 / 删除元素之类的操作时，无需挪动元素的索引：

只管在对象中增加和删除元素速度很快，然而从上图能够看出，在进行迭代操作时，对象并不是最佳抉择，因为对象的元素存储在随机地位。因而，迭代操作可能须要很长时间。这是 链表 引出的起因。

那么什么是链表呢 ?

从名字自身能够看出它是一个以某种形式链表。那么它是如何链接的，列表蕴含什么呢？

链表由具备两个属性的节点组成：数据和指针。

节点内的指针指向列表中的下一个节点。链表中的第一个节点称为head。为了更好地了解，让咱们看一下形容链表图示：

从上图能够看出，每个节点都有两个属性，data和 pointer。指针指向列表中的下一个节点，最初一个节点的指针指向null，上图是一个 单链表 ?。

链表和对象时有很大的不同。在链表中，每个节点都通过 指针 (pointer) 连贯到下一个节点。因而，咱们在链表的每个节点之间都有连贯，而在对象中，键值对是随机存储的，彼此之间没有连贯。

接着，咱们实现一个存储整数的链表。因为 JS 不提供内置的链表反对，因而咱们将应用对象和类来实现链表 ?

class Node {constructor (value) {
    this.value = value
    this.next = null
  }
}

class LinkedList {constructor () {
    this.head = null
    this.tail = this.head
    this.length = 0
  }
  append (value) { }

  prepend (value) { }

  insert (value, index) { }

  lookup (index) { }

  remove (index) { }

  reverse () {}
}

在下面的代码中，咱们创立了两个类，一个用于来 链表 自身，一个是 节点 自身。如咱们所探讨的，每个节点将具备两个属性，一个 值和一个 指针(对应 next 字段)。

LinkedList类蕴含三个属性，head(初始值为 null)，用于存储链表的最初一个节点的tail(也指向null) 和用于保留链表长度的 length 属性。接着，咱们来实现外面的办法 ?。

append (按程序增加值)

这个函数将一个节点增加到链表的开端。为了实现这个函数，咱们须要了解它须要执行的一些操作：

从上图中，咱们能够通过以下形式实现 append 函数：

  append (value) {const newNode = new Node(value)
    if (!this.head) {
      this.head = newNode
      this.tail = newNode
    } else {
      this.tail.next = newNode
      this.tail = newNode
    }
    this.length++
  }

简略的对 append 办法解释一下 ?：

const linkedList1 = new LinkedList()
linkedList1.append(2)

查看 head 是否指向 null，此时的head 指向 null，因而咱们创立一个新对象，并将新对象调配给head 和tail:

let node = new Node(2)
this.head = newNode
this.tail = newNode

当初，head 和 tail 都指向同一个对象，这一点很重要，要记住。

接着，咱们再向链表增加两个值：

linkedList1.append(3)
linkedList1.append(4)

当初，head 不指向 null，所以咱们进入append 函数的 else 分支：

this.tail.next = node

因为 head 和tail 都指向同一个对象，tail 的变动都会导致 head 对象的变动，这是 JS 中对象的工作形式。在 JavaScript 中，对象是通过援用传递的，因而 head 和 tail 都指向存储对象的雷同地址空间。下面这行代码相当于

this.head.next = node;

下一行：

this.tail = node

当初，在执行完下面的代码行之后，this.head.next和 this.tail 指向同一对象，因而，每当咱们增加新节点时，head对象都会自动更新。

执行三次 append 之后，linkedList1 的构造应该是这样的：

head: {value: 2 , next: {value: 3, next: {value: 4,next: null}}}
tail : {value: 4, next: null}
length:3

从下面的代码中咱们能够看到，链表的 append 函数的复杂度是O(1)，因为咱们既不须要挪动索引，也不须要遍历链表。

咱们来看下一个函数 ?

prepend (将值增加到链表的结尾)

为了实现此函数，咱们应用 Node 类创立一个新节点，并将该新节点的下一个对象指向链表的head。接下来，咱们将新节点调配给链表的head：

与 append 函数一样，这个函数的复杂度也是 O(1)。

  prepend (value) {const node = new Node(value)

  node.next = this.head
  this.head = node
  this.length++
}

就像 append 函数一样，此函数的复杂度也为O(1)。

insert (在特定索引处增加值)

在实现此函数之前，咱们先看看它的一个转化过程。因而，出于了解目标，咱们先创立一个值很少的链表，而后可视化 insert 函数。insert 函数承受两个参数，值和索引:

let linkedList2 = new LinkedList()
linkedList2.append(23)
linkedList2.append(89)
linkedList2.append(12)
linkedList2.append(3)

linkedList2.insert(45,2)

第 1 步：

遍历链表，直到达到 index-1 地位:

第 2 步：

将索引为 1 的节点的指针（在本例中为89）调配给新节点（在本例中为45）：

第 3 步：

将新节点 (45) 的 next 指向给下一个节点(12)

这就是执行插入操作的形式。通过以上可视化，咱们察看到须要在 index-1 地位和 index 地位找到节点，以便能够在它们之间插入新节点。在代码中实现：

insert (value, index) {if (index >= this.length) {this.append(value)
}

  const node = new Node(value)

  const {prevNode, nextNode} = thisg.getPrevNextNodes(index)
  prevNode.next = node
  node.next = nextNode

  this.length++
}

简略剖析一下下面的函数：

如果 index 的值大于或等于 length 属性，则将操作移交给 append 函数。对于 else 分支，咱们应用 Node 类创立一个新节点，接下来察看一个新函数 getPrevNextNodes() ，通过该函数咱们能够接管prevNode 和nextNode的值。getPrevNextNodes函数的实现如下：

 getPrevNextNodes(index){
    let count = 0;
    let prevNode = this.head;
    let nextNode = prevNode.next;

    while(count < index - 1){
      prevNode = prevNode.next;
      nextNode = prevNode.next;
      count++;
    }

    return {
      prevNode,
      nextNode
    }
  }

通过遍历链表返回在 index-1 地位和 index 地位的节点，并将 prevNode 的next属性指向新节点，并将新节点的 next 属性指向nextNode。

链表的插入操作的复杂度为 O(n)，因为咱们必须遍历链表并在 index-1 和 index 地位搜寻节点。只管复杂度为O(n)，但咱们发现此插入操作比对数组的插入操作快得多，在数组中，咱们必须将所有元素的索引移到特定索引之后，然而在链接中，咱们仅操纵 index-1 和index 地位的节点的下一个属性。

remove (删除特定索引处的元素)

实现了插入操作之后，删除操作就比拟容易了解，因为它简直与插入操作雷同，当咱们从 getPrevNextNodes 函数获取 prevNode 和nextNode值时，咱们必须在 remove 中执行以下操作：

remove(index){let {previousNode,currentNode} = this.getNodes(index)
  previousNode.next = currentNode.next
  this.length--
}

删除操作的复杂度也为 O(n)，相似于插入操作，链表中的删除操作比数组中的删除操作要快。

reverse (反转链表)

尽管看起来很简略，但反转链表经常是实现起来最令人困惑的操作，因而，在面试中会常常询问这个操作。在实现这个函数之前，让咱们先把反转链表的策略可视化一下。

为了反转链表，咱们须要跟踪三个节点，previousNode，currentNode和nextNode。

思考上面的链表:

let linkedList2 = new LinkedList()
linkedList2.append(67)
linkedList2.append(32)
linkedList2.append(44)

第一步：

开始，previousNode的值为 null，而currentNode 的值为head：

第二步：

接下来，咱们将 nextNode 调配给currentNode.next：

第三步：

接下来，咱们将 currentNode.next 属性指向previousNode：

第三步：

当初，咱们将 previousNode 移至 currentNode，将currentNode 移至nextNode：

这个过程从 步骤 2 反复操作，始终到currentNode 等于 null。

reverse (){
  let previousNode = null
  let currentNode = this.head

  while(currentNode !== null) {
    let nextNode = currentNode.next
    currentNode.next = previousNode
    previousNode = currentNode
    currentNode = nextNode
  }

  this.head = previousNode
}

就像咱们看到的一样，直到 currentNode === null，咱们始终在遍历和挪动这些值。最初，咱们将previousNode 值调配给head。

反向运算的复杂度为O(n)。

查找 (查找特定索引的值)

这个操作很简略，咱们只是遍历链表并返回特定索引处的节点。这个操作的复杂度也是O(n)。

lookup(index){
    let counter = 0;
    let currentNode = this.head;
    while(counter < index){
      currentNode = currentNode.next;
      counter++;
    }
    return currentNode;
  }

好了，咱们曾经实现了用 javascript 实现单个链表的基本操作。单链表和双链表的区别在于，双链表的节点具备指向前一个节点和下一个节点的指针。

总结

链表 为咱们提供了疾速的append（开端增加元素）和prepend（结尾增加元素）操作。只管链表中的插入操作的复杂度为O(n)，但比数组的插入操作要快得多。应用数组时咱们面临的另一个问题是大小复杂性，当应用动静数组时，在增加元素时，咱们必须将整个数组复制到另一个地址空间，而后增加元素，而在链表中，咱们不须要 面对这样的问题。

在应用对象时，咱们面临的问题是元素在内存中的随机地位，而在链表中，节点是通过指针相互连接的，指针提供了肯定的程序。

我是小智，咱们下期见！

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原文：https://blog.soshace.com/unde…

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