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基础数据结构:如何手写链表

2020年02月06日 架构设计 ⁄ 共 5256字 ⁄ 字号 评论关闭

  对于数组的学习呢,在前端中,最重要的就是数组的一些方法的使用,数组的截取、查找、反转等常用的方法;除此之外,数组另一个稍微难点就是算法题。上一周我又拿起《剑指offer》把关于数组的算法题刷了一遍,又总结了很多的做题技巧和有关数组的解题思路,后期会分享。

  那对于链表呢,我们在项目中用到的不如数组频繁,但是面试是个重点,为什么面试官喜欢考我们链表呢?想必大家对这个问题很感兴趣,因为链表灵活、涉及到的边界条件多,又加上很多细节点,对应聘者是一个考验。

  不料,暑假参加的第一个公司的就让我手写一个双向链表,并完成插入数据和删除数据的操作。当时我很蒙蔽,懵逼的不是思路,而是手写,虽然写出来了,但是很多边界条件和代码规范自我感觉不好,所以有了这些细心的总结。那么今天的主题就是徒手写链表,应聘者该如何下手?

  我们通常写链表准备应聘的时候,通常背加上理解,但是过了几天又让你写。就会陌生了,虽然有点思路。还是模模糊糊,小鹿也有这个记性的“毛病”,“有毛病”就要治,怎么治?我们必须在脑海里形成一套可行的步骤和方法,在遇到手写就不用手忙脚乱,而是稳稳当当,从头到尾写出一个漂亮的链表结构及操作。

  一、熟悉结构

  首先我们要知道链表的结构以及每个节点的结构,这是我们手写链表的第一步,也是学习链表的第一步。我们知道,每个链表时这样表示的:

  那每个节点结构是由数据域和指针域组成,数据域是存放数据的,而指针域存放下一结点的地址。

  我们可以通过数据域访问到我们要的数据,而通过指针域访问到当前结点以后的结点,那么将这些结点串起来,就是一个链表。

  那么用代码怎么来表示呢?

  我们通常会用到函数,我们如果将一个函数抽象成一个结点,那么我们给函数添加两个属性,一个属性是存放数据的属性data,另一个属性是存放指向下一个结点的指针属性next。

  你可能会问,如果我们有成千上万个结点,要定义成千上万个函数?有一个函数叫做构造函数,想必大家都听说过,声明一个构造函数就可以创造出成千上万个结点实例。

  function Node(data){2 this.data = data;3 this.next = null;4}

  还有一个方法就是使用类的概念,在JavaScript中,类的概念在ES6才出现,使用 Class 来声明一个类,我们可以为类添加两个属性,同上,一样可以创造出多个结点实例。

  class Node{2 constructor(data){3 this.data = data;4 this.next = null;5 }6}

  二、理清思路

  如果你把链表的结构搞得明明白白了,恭喜你,成功的进入第二关,但是你只超越了百分之20的人,继续加油。

  既然链表的结构弄明白了,那么我们开始理思路,我们就先拿最简单的单链表开刀,我们要完成两个操作,插入数据和删除数据。

  如果我想插入数据,你可能会问,往哪里插呢?有几种插入的方法?

  开始想,插入到单链表的头部算一种。

  然后插入到单链表的中间算一种。

  插入到单链表尾部又算一种。

  所有可能的情况就三种。那么删除呢?想必你也想到了,也一共三种,删除头部、删除中间部分、删除尾部。

  如果你觉的现在可以写代码了,那你就错了,虽然我们的思路非常清晰,但是面试官仅仅考我们思路吗?其实这一关你只打败了百分之50%的人,最重点、最主要的是在下一个部分,边界条件。

  三、边界条件

  边界条件是这五个步骤最容易犯错的一部分,因为通常考虑的不全面,导致了最后的面试未通过。如果想做好这一部分,也不难,跟着小鹿的方法走。

  3.1 输入边界

  首先我们先考虑用户输入的参数,比如传入一个链表,我们首先要判断链表是否为空,如果为空我们就不能让它执行下边的程序。再比如插入一个结点到指定结点的后边,那么你也要判断输入的结点是否为空,而且还要判断该结点是否存在该链表中。对于这些输入值的判断,小鹿给他同一起个名字叫做输入边界。

  3.2 特殊边界

  特殊边界考虑到一些特殊情况,比如插入数据,我们插入数据一般考虑到插入尾部,但是突然面试官插入到头部,插入尾部的代码并不适用于插入到头部,所以呢需要考虑这种情况,删除节点也是同样思考。其实特殊边界最主要考虑到一些逻辑上的特殊情况,考察应聘者的考虑的是否全面。小鹿给他起个名字叫做特殊边界。

  四、手写代码

  4.1 定义结点

  class Node{2 constructor(data){3 this.data = data;4 this.next = null;5 }6}

  4.2 增加结点

  咱们就以单链表中部添加数据为例子,分解成每个步骤,每个步骤对应代码如下:

  1、保存临时地址(4结点的地址),需要进行遍历查找到3结点,也就是下列代码的currentNode 结点。

  1//先查找该元素2let currentNode = this.findByValue(element);3// 保存 3 结点的下一结点地址(4 结点的地址)4let pre = currentNode.next

  2、创建新结点,将新结点(5结点)的指针指向下一结点指针(4结点地址,已经在上一步骤保存下来了)

  let newNode = new Node(value);2newNode.next = pre;

  3、将3 的结点地址指向新结点(5结点)

  currentNode.next = newNode;

  以上步骤分析完毕,剩下的两个在头部插入和在尾部插入同样的分析方式,将这两个作为练习题,课下自己试一试这个步骤。

  4.3 删除节点

  删除节点也分为三种,头部、中部、尾部,咱们就删除中间结点为例进行删除,我们详细看步骤操作。

  我们先看删除的全部动画,然后再分步拆分。

  断开3结点的指针(断开3结点相当于让2结点直接指向4结点)

  let currentNode = this.head; 2 // 用来记录 3 结点的前一结点 3 let preNode = null; 4 // 遍历查找 3 结点 5 while(currentNode !== null && currentNode.data !== value){ 6 // 3 结点的前一结点 7 preNode = currentNode; 8 // 3 结点 9 currentNode = currentNode.next;10}

  让结点2的指针指向4结点,完成删除。

  preNode.next = currentNode.next;

  剩下的删除头结点和删除尾结点同样的步骤,自己动手尝试下。

  所有代码实现:

  /**

  2 * 2019/3/23

  3 * 公众号:「一个不甘平凡的码农」

  4 * @author 小鹿

  5 * 功能:单链表的插入、删除、查找

  6 * 【插入】:插入到指定元素后方

  7 * 1、查找该元素是否存在?

  8 * 2、没有找到返回 -1

  9 * 3、找到进行创建结点并插入链表。

  10 *

  11 * 【查找】:按值查找/按索引查找

  12 * 1、判断当前结点是否等于null,且是否等于给定值?

  13 * 2、判断是否可以找到该值?

  14 * 3、没有找到返回 -1;

  15 * 4、找到该值返回结点;

  16 *

  17 * 【删除】:按值删除

  18 * 1、判断是否找到该值?

  19 * 2、找到记录前结点,进行删除;

  20 * 3、找不到直接返回-1;

  21 */

  22//定义结点

  23class Node{

  24 constructor(data){

  25 this.data = data;

  26 this.next = null;

  27 }

  28}

  29

  30//定义链表

  31class LinkList{

  32 constructor(){

  33 //初始化头结点

  34 this.head = new Node('head');

  35 }

  36

  37 //根据 value 查找结点

  38 findByValue = (value) =>{

  39 let currentNode = this.head;

  40 while(currentNode !== null && currentNode.data !== value){

  41 currentNode = currentNode.next;

  42 }

  43 //判断该结点是否找到

  44 console.log(currentNode)

  45 return currentNode === null ? -1 : currentNode;

  46 }

  47

  48 //根据 index 查找结点

  49 findByIndex = (index) =>{

  50 let pos = 0;

  51 let currentNode = this.head;

  52 while(currentNode !== null && pos !== index){

  53 currentNode = currentNode.next;

  54 pos++;

  55 }

  56 //判断是否找到该索引

  57 console.log(currentNode)

  58 return currentNode === null ? -1 : currentNode;

  59 }

  60

  61 //插入元素(指定元素向后插入)

  62 insert = (value,element) =>{

  63 //先查找该元素

  64 let currentNode = this.findByValue(element);

  65 //如果没有找到

  66 if(currentNode == -1){

  67 console.log("未找到插入位置!")

  68 return;

  69 }

  70 let newNode = new Node(value);

  71 newNode.next = currentNode.next;

  72 currentNode.next = newNode;

  73 }

  74

  75 //根据值删除结点

  76 delete = (value) =>{

  77 let currentNode = this.head;

  78 let preNode = null;

  79 while(currentNode !== null && currentNode.data !== value){

  80 preNode = currentNode;

  81 currentNode = currentNode.next;

  82 }

  83 if(currentNode == null) return -1;

  84 preNode.next = currentNode.next;

  85 }

  86

  87 //遍历所有结点

  88 print = () =>{

  89 let currentNode = this.head

  90 //如果结点不为空

  91 while(currentNode !== null){

  92 console.log(currentNode.data)

  93 currentNode = currentNode.next;

  94 }

  95 }

  96}

  97

  98//测试

  99const list = new LinkList()

  100list.insert('xiao','head');

  101list.insert('lu','xiao');

  102list.insert('ni','head');

  103list.insert('hellow','head');

  104list.print()

  105console.log('-------------删除元素------------')

  106list.delete('ni')

  107list.delete('xiao')

  108list.print()

  109console.log('-------------按值查找------------')

  110list.findByValue('lu')

  111console.log('-------------按索引查找------------')

  112list.print()

  五、测试用例

  其实这里的测试用例主要用于判断我们写的程序到底对不对,我们一般都会输入一个自己认为的情况进行测试,这是错误的做法。程序最容易出错的还是边界情况考虑不全面导致的,所以,我们为了能够测试程序的全面性,所以我们要按照以下步骤进行全面性的测试。

  5.1 普通测试

  普通测试就是输入一个正常的值,比如单链表中插入数据

  5.2 特殊测试

  特殊输入可以参照上边边界条件中的特殊边界进行测试,比如在头部插入数据,在尾部插入数据等特殊情况的测试。

  5.3 输入测试

  对于输入测试的内容参考上边边界条件中的输入边界,比如:输入一个空链表测试一下程序能否正常的运行。

  六、小结

  做一个小结。今天的手写链表主要从五部分下手,从前到后依次为熟悉结构、理清思路、手写代码、测试用例。以后无论手写什么代码,有五步走,对于面试完全没有问题啦。

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