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對于 JS 初學(xué)者，理解鏈表可能是一項(xiàng)比較困難的任務(wù)，因?yàn)?JS 沒有提供內(nèi)置的鏈表。在像 JS 這樣的高級語言中，我們需要從頭開始實(shí)現(xiàn)此數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如果你不熟悉此數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的工作方式，則實(shí)現(xiàn)部分會變得更加困難 ?。

在本文中，我們將討論如何將鏈表存儲在數(shù)據(jù)庫中，實(shí)現(xiàn)鏈表的添加和刪除，查找以及反轉(zhuǎn)鏈表等操作。在實(shí)現(xiàn)鏈表之前，需要知道相比數(shù)組和對象，鏈表的優(yōu)點(diǎn)是什么。

我們知道，數(shù)組中的元素以索引編號和順序存儲在數(shù)據(jù)庫中：

在使用數(shù)組時(shí)，在開始或特定索引處添加/刪除元素這樣的操作可能是一項(xiàng)性能較低的任務(wù)，因?yàn)槲覀儽仨氁苿铀衅渌氐乃饕?，造成這種原因是由數(shù)組的編號索引特性導(dǎo)致的。

使用對象可以解決上述問題。由于在對象中，元素存儲位置是隨機(jī)的，因此，在執(zhí)行諸如在開始處或特定索引處添加/刪除元素之類的操作時(shí)，無需移動元素的索引：

盡管在對象中添加和刪除元素速度很快，但是從上圖可以看出，在進(jìn)行迭代操作時(shí)，對象并不是最佳選擇，因?yàn)閷ο蟮脑卮鎯υ陔S機(jī)位置。因此，迭代操作可能需要很長時(shí)間。這是鏈表引出的原因。

那么什么是鏈表呢 ?

從名字本身可以看出它是一個(gè)以某種方式鏈表。那么它是如何鏈接的，列表包含什么呢?

鏈表由具有兩個(gè)屬性的節(jié)點(diǎn)組成：數(shù)據(jù)和指針。

節(jié)點(diǎn)內(nèi)的指針指向列表中的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。鏈表中的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)稱為head。為了更好地理解，讓我們看一下描述鏈表圖示：

從上圖可以看出，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有兩個(gè)屬性，data和pointer。指針指向列表中的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)的指針指向null，上圖是一個(gè)單鏈表 ?。

鏈表和對象時(shí)有很大的不同。在鏈表中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都通過指針(pointer)連接到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。因此，我們在鏈表的每個(gè)節(jié)點(diǎn)之間都有連接，而在對象中，鍵值對是隨機(jī)存儲的，彼此之間沒有連接。

本文由小智翻譯，歡迎關(guān)注《大遷世界》

接著，我們實(shí)現(xiàn)一個(gè)存儲整數(shù)的鏈表。由于 JS 不提供內(nèi)置的鏈表支持，因此我們將使用對象和類來實(shí)現(xiàn)鏈表 ?

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 () { 
     
  } 
} 

在上面的代碼中，我們創(chuàng)建了兩個(gè)類，一個(gè)用于來鏈表本身，一個(gè)是節(jié)點(diǎn)本身。如我們所討論的，每個(gè)節(jié)點(diǎn)將具有兩個(gè)屬性，一個(gè)值和一個(gè)指針(對應(yīng) next 字段)。

LinkedList類包含三個(gè)屬性，head(初始值為null)，用于存儲鏈表的最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)的tail(也指向null)和用于保存鏈表長度的length屬性。接著，我們來實(shí)現(xiàn)里面的方法 ?。

append (按順序添加值)

這個(gè)函數(shù)將一個(gè)節(jié)點(diǎn)添加到鏈表的末尾。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)函數(shù)，我們需要理解它需要執(zhí)行的一些操作：

從上圖中，我們可以通過以下方式實(shí)現(xiàn)append函數(shù)：

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++ 
} 

簡單的對 append 方法解釋一下 ?：

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

檢查head是否指向null，此時(shí)的head指向null，因此我們創(chuàng)建一個(gè)新對象，并將新對象分配給head和tail:

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

現(xiàn)在，head 和 tail 都指向同一個(gè)對象，這一點(diǎn)很重要，要記住。

接著，我們再向鏈表添加兩個(gè)值：

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

現(xiàn)在，head 不指向null，所以我們進(jìn)入append函數(shù)的else分支：

this.tail.next = node 

由于head 和tail 都指向同一個(gè)對象，tail的變化都會導(dǎo)致head對象的變化，這是JS 中對象的工作方式。在JavaScript中，對象是通過引用傳遞的，因此 head 和tail都指向存儲對象的相同地址空間。上面這行代碼相當(dāng)于

this.head.next = node; 

下一行：

this.tail = node 

現(xiàn)在，在執(zhí)行完上面的代碼行之后，this.head.next和this.tail指向同一對象，因此，每當(dāng)我們添加新節(jié)點(diǎn)時(shí)，head對象都會自動更新。

執(zhí)行三次append之后，linkedList1 的結(jié)構(gòu)應(yīng)該是這樣的：

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

從上面的代碼中我們可以看到，鏈表的append函數(shù)的復(fù)雜度是O(1)，因?yàn)槲覀兗炔恍枰苿铀饕膊恍枰闅v鏈表。

我們來看下一個(gè)函數(shù) ?

prepend (將值添加到鏈表的開頭)

為了實(shí)現(xiàn)此函數(shù)，我們使用Node類創(chuàng)建一個(gè)新節(jié)點(diǎn)，并將該新節(jié)點(diǎn)的下一個(gè)對象指向鏈表的head 。接下來，我們將新節(jié)點(diǎn)分配給鏈表的head：

與append函數(shù)一樣，這個(gè)函數(shù)的復(fù)雜度也是O(1)。

prepend (value) { 
const node = new Node(value) 
 
node.next = this.head 
this.head = node 
this.length++ 

就像append函數(shù)一樣，此函數(shù)的復(fù)雜度也為O(1)。

insert (在特定索引處添加值)

在實(shí)現(xiàn)此函數(shù)之前，我們先看看它的一個(gè)轉(zhuǎn)化過程。因此，出于理解目的，我們先創(chuàng)建一個(gè)值很少的鏈表，然后可視化insert函數(shù)。insert 函數(shù)接受兩個(gè)參數(shù)，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：

遍歷鏈表，直到到達(dá)index-1位置:

第2步：

將索引為1的節(jié)點(diǎn)的指針(在本例中為89)分配給新節(jié)點(diǎn)(在本例中為45)：

第3步：

將新節(jié)點(diǎn)(45)的 next 指向給下一個(gè)節(jié)點(diǎn)(12)

這就是執(zhí)行插入操作的方式。通過以上可視化，我們觀察到需要在index-1位置和index位置找到節(jié)點(diǎn)，以便可以在它們之間插入新節(jié)點(diǎn)。在代碼中實(shí)現(xiàn)：

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++ 
} 

簡單分析一下上面的函數(shù)：

如果index的值大于或等于length屬性，則將操作移交給append函數(shù)。對于 else 分支，我們使用 Node 類創(chuàng)建一個(gè)新節(jié)點(diǎn)，接下來觀察一個(gè)新函數(shù)getPrevNextNodes()，通過該函數(shù)我們可以接收prevNode和nextNode的值。getPrevNextNodes函數(shù)的實(shí)現(xiàn)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 
   } 
 } 

通過遍歷鏈表返回在index-1位置和index位置的節(jié)點(diǎn)，并將prevNode的next屬性指向新節(jié)點(diǎn)，并將新節(jié)點(diǎn)的next屬性指向nextNode。

鏈表的插入操作的復(fù)雜度為 O(n)，因?yàn)槲覀儽仨毐闅v鏈表并在index-1和 index 位置搜索節(jié)點(diǎn)。盡管復(fù)雜度為O(n)，但我們發(fā)現(xiàn)此插入操作比對數(shù)組的插入操作快得多，在數(shù)組中，我們必須將所有元素的索引移到特定索引之后，但是在鏈接中，我們僅操縱 index-1 和index 位置的節(jié)點(diǎn)的下一個(gè)屬性。

remove (刪除特定索引處的元素)

實(shí)現(xiàn)了插入操作之后，刪除操作就比較容易理解，因?yàn)樗鼛缀跖c插入操作相同，當(dāng)我們從getPrevNextNodes函數(shù)獲取prevNode和nextNode值時(shí)，我們必須在remove中執(zhí)行以下操作：

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

刪除操作的復(fù)雜度也為 O(n)，類似于插入操作，鏈表中的刪除操作比數(shù)組中的刪除操作要快。

reverse (反轉(zhuǎn)鏈表)

雖然看起來很簡單，但反轉(zhuǎn)鏈表常常是實(shí)現(xiàn)起來最令人困惑的操作，因此，在面試中會經(jīng)常詢問這個(gè)操作。在實(shí)現(xiàn)這個(gè)函數(shù)之前，讓我們先把反轉(zhuǎn)鏈表的策略可視化一下。

為了反轉(zhuǎn)鏈表，我們需要跟蹤三個(gè)節(jié)點(diǎn)，previousNode，currentNode和nextNode。

考慮下面的鏈表:

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

第一步：

開始，previousNode的值為null，而currentNode的值為head：

第二步：

接下來，我們將nextNode分配給currentNode.next：

第三步：

接下來，我們將currentNode.next屬性指向previousNode：

第三步：

現(xiàn)在，我們將previousNode移至currentNode，將currentNode移至nextNode：

這個(gè)過程從步驟2重復(fù)操作，一直到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 
} 

就像我們看到的一樣，直到currentNode === null，我們一直在遍歷和移動這些值。最后，我們將previousNode值分配給head。

反向運(yùn)算的復(fù)雜度為O(n)。

查找 (查找特定索引的值)

這個(gè)操作很簡單，我們只是遍歷鏈表并返回特定索引處的節(jié)點(diǎn)。這個(gè)操作的復(fù)雜度也是O(n)。

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

好了，我們已經(jīng)完成了用javascript實(shí)現(xiàn)單個(gè)鏈表的基本操作。單鏈表和雙鏈表的區(qū)別在于，雙鏈表的節(jié)點(diǎn)具有指向前一個(gè)節(jié)點(diǎn)和下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的指針。

總結(jié)

鏈表為我們提供了快速的append(末尾添加元素)和prepend(開頭添加元素)操作。盡管鏈表中的插入操作的復(fù)雜度為O(n)，但比數(shù)組的插入操作要快得多。使用數(shù)組時(shí)我們面臨的另一個(gè)問題是大小復(fù)雜性，當(dāng)使用動態(tài)數(shù)組時(shí)，在添加元素時(shí)，我們必須將整個(gè)數(shù)組復(fù)制到另一個(gè)地址空間，然后添加元素，而在鏈表中，我們不需要 面對這樣的問題。

在使用對象時(shí)，我們面臨的問題是元素在內(nèi)存中的隨機(jī)位置，而在鏈表中，節(jié)點(diǎn)是通過指針相互連接的，指針提供了一定的順序。

我是小智，我們下期見!

作者：Vivek Bisht 譯者：前端小智 來源：soshace

原文：https://blog.soshace.com/understanding-data-structures-in-javascript-linked-lists/

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