JavaScript 实现集合(Set)数据结构:从原理到 ES6
本文详细讲解如何在 JavaScript 中手动实现集合(Set)数据结构,涵盖构造函数、has、add、remove 等核心方法,以及并集、交集、差集和子集判断的算法逻辑。同时对比了兼容性与 ES6 原生 Set 的使用,帮助开发者深入理解集合特性与底层实现。
集合的基本概念与容器选择
集合(Set)
提到集合,不禁让人联想到高中数学的第一课,因此学习这种数据结构时倍感亲切。集合的核心特性在于元素不重复,基于这一性质,我们选择使用对象而非数组作为集合的底层容器。尽管数组也能通过额外逻辑实现去重,但操作繁琐,远不如集合直观高效。
集合的操作
集合的基础操作包括交集、并集和差集等。本文将重点介绍在 JavaScript 中如何实现这些集合运算。
JavaScript 集合类的核心方法实现
JavaScript 中集合的实现
首先,我们需要定义一个构造函数来初始化集合。
/**
* 集合的构造函数
*/
function Set方法 {
/**
* 集合元素的容器,以对象来表示
* @type {Object}
*/
var items = {};
}
集合需要具备以下方法:
- has(value):检测集合中是否包含指定元素
- add(value):向集合中添加元素
- remove(value):从集合中移除元素
- clear():清空集合中的所有元素
- size():返回集合中元素的数量
- values():返回包含集合所有元素的数组
- union(otherSet):计算并返回两个集合的并集
- intersection(otherSet):计算并返回两个集合的交集
- difference(otherSet):计算并返回两个集合的差集
- subset(otherSet):判断当前集合是否为传入集合的子集
has 方法:
说明:由于集合元素具有唯一性,在执行其他操作前,通常需先通过 has 方法确认元素是否存在。此处利用 hasOwnProperty 方法进行检测。 实现:
/**
* 检测集合内是否有某个元素
* @param {Any} value 要检测的元素
* @return {Boolean} 如果有,返回true
*/
this.has = function(value) {
// hasOwnProperty的问题在于
// 它是一个方法,所以可能会被覆写
return items.hasOwnProperty(value)
};
add 方法:
说明:用于向集合中添加新元素。 实现:
/**
* 给集合内添加某个元素
* @param {Any} value 要被添加的元素
* @return {Boolean} 添加成功返回True。
*/
this.add = function(value) {
//先检测元素是否存在。
if (!this.has(value)) {
items[value] = value;
return true;
}
//如果元素已存在则返回false
return false;
};
remove 方法:
说明:用于从集合中移除指定元素。 实现:
/**
* 移除集合中某个元素
* @param {Any} value 要移除的元素
* @return {Boolean} 移除成功返回True。
*/
this.remove = function(value) {
//先检测元素是否存在。
if (this.has(value)) {
delete items[value];
return true;
}
//如果元素不存在,则删除失败返回false
return false;
};
clear 方法: 说明:用于清空集合。 实现:
/**
* 清空集合
*/
this.clear = function() {
this.items = {};
};
size 方法
说明:用于返回集合长度。这里提供两种实现方式:第一种利用 Object.keys API,仅支持 IE9 及以上版本;第二种通过遍历对象属性实现,兼容所有浏览器。 实现:
/**
* 返回集合长度,只可用于IE9及以上
* @return {Number} 集合长度
*/
this.size = function() {
// Object.keys方法能将对象转化为数组
// 只可用于IE9及以上,但很方便
return Object.keys(items).length;
}
/**
* 返回集合长度,可用于所有浏览器
* @return {Number} 集合长度
*/
this.sizeLegacy = function() {
var count = 0;
for (var prop in items) {
if (items.hasOwnProperty(prop)) {
++count;
}
}
return count;
}
values 方法
说明:用于将集合转换为数组返回。同样提供两种实现,理由同上。使用 Object.keys 仅支持 IE9 及以上。 实现:
/**
* 返回集合转换的数组,只可用于IE9及以上
* @return {Array} 转换后的数组
*/
this.values = function() {
return Object.keys(items);
};
/**
* 返回集合转换的数组,可用于所有浏览器
* @return {Array} 转换后的数组
*/
this.valuesLegacy = function() {
var keys = [];
for (var key in items) {
keys.push(key)
};
return keys;
};
union 方法
说明:用于返回两个集合的并集。 实现:
/**
* 返回两个集合的并集
* @param {Set} otherSet 要进行并集操作的集合
* @return {Set} 两个集合的并集
*/
this.union = function(otherSet) {
//初始化一个新集合,用于表示并集。
var unionSet = new Set();
//将当前集合转换为数组,并依次添加进unionSet
var values = this.values();
for (var i = 0; i < values.length; i++) {
unionSet.add(values[i]);
}
//将其它集合转换为数组,依次添加进unionSet。
//循环中的add方法保证了不会有重复元素的出现
values = otherSet.values();
for (var i = 0; i < values.length; i++) {
unionSet.add(values[i]);
}
return unionSet;
};
intersection 方法
说明:用于返回两个集合的交集。 实现:
/**
* 返回两个集合的交集
* @param {Set} otherSet 要进行交集操作的集合
* @return {Set} 两个集合的交集
*/
this.intersection = function(otherSet) {
//初始化一个新集合,用于表示交集。
var interSectionSet = new Set();
//将当前集合转换为数组
var values = this.values();
//遍历数组,如果另外一个集合也有该元素,则interSectionSet加入该元素。
for (var i = 0; i < values.length; i++) {
if (otherSet.has(values[i])) {
interSectionSet.add(values[i])
}
}
return interSectionSet;
};
difference 方法
说明:用于返回两个集合的差集。 实现:
/**
* 返回两个集合的差集
* @param {Set} otherSet 要进行差集操作的集合
* @return {Set} 两个集合的差集
*/
this.difference = function(otherSet) {
//初始化一个新集合,用于表示差集。
var differenceSet = new Set();
//将当前集合转换为数组
var values = this.values();
//遍历数组,如果另外一个集合没有该元素,则differenceSet加入该元素。
for (var i = 0; i < values.length; i++) {
if (!otherSet.has(values[i])) {
differenceSet.add(values[i])
}
}
return differenceSet;
};
subset 方法
说明:用于判断当前集合是否为传入集合的子集。作者自述初版代码需遍历数组三次,而参考书籍中的实现仅需一次遍历,算法复杂度显著降低。 实现:
/**
* 判断该集合是否为传入集合的子集
* @param {Set} otherSet 传入的集合
* @return {Boolean} 是则返回True
*/
this.subset = function(otherSet) {
// 第一个判定,如果该集合长度大于otherSet的长度
// 则直接返回false
if (this.size() > otherSet.size()) {
return false;
} else {
// 将当前集合转换为数组
var values = this.values();
for (var i = 0; i < values.length; i++) {
if (!otherSet.has(values[i])) {
// 第二个判定。只要有一个元素不在otherSet中
// 那么则可以直接判定不是子集,返回false
return false;
}
}
return true;
}
};
ES6 原生集合与总结
ES6 中的集合
ES6 标准也提供了原生的集合支持。此前对 ES6 集合的操作理解较为模糊,通过手动实现一遍后,概念变得清晰许多。由于作者自认掌握尚不深入,此处不再赘述具体实现,推荐参考阮一峰老师的《ECMAScript 6 入门》中关于 Set 和 Map 数据结构的章节。 《ECMAScript 6 入门》– Set 和 Map 数据结构
感想
至此,已掌握部分基础数据结构。剩余部分如字典的散列表、图、树及排序算法等,堪称“四大金刚”,对我而言难度较大。因此,近期关于数据结构与算法系列的更新可能会放缓。这对我来说是一个挑战,希望能在寒假期间克服这一难关。
字典的散列表、图、树、排序算法。算是四大金刚,所以近期关于数据结构与算法系列的文章,可能会更新的很慢。对我来说,也算是一个坎。希望这个寒假,能跨过这个坎。
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