编程中的 6 种常见数据结构

数据结构是编程中高效软件的基石。了解何时以及为何使用每个数据结构可以提高您的问题解决能力。在这里，我们探索 6 种基本数据结构，深入研究它们的特征、用例和 TypeScript 中的实现。每个部分都包含图表和代码示例，以便清晰理解。

1. 数组

数组是一块连续的内存块，其中存储相同类型的元素。

**特征：**

**何时使用：**数组用于存储需要快速随机访问的元素的有序集合。

**代码示例**

const fruits: string[] = ['apple', 'banana', 'cherry'];
console.log(fruits[1]); // Outputs: banana

**可视化**

2. 链表

链表是节点的集合，其中每个节点包含数据和对下一个节点的引用。

**特征：**

**何时使用：**对于需要频繁插入和删除的应用程序使用链接列表，例如编辑器中的撤消功能。

**代码示例**

class Node {
  value: T;
  next: Node | null = null;
  constructor(value: T) {
    this.value = value;
  }
}

class LinkedList {
  head: Node | null = null;

  add(value: T) {
    const newNode = new Node(value);
    if (!this.head) {
      this.head = newNode;
    } else {
      let current = this.head;
      while (current.next) {
        current = current.next;
      }
      current.next = newNode;
    }
  }
}

const list = new LinkedList();
list.add(10);
list.add(20);
console.log(JSON.stringify(list)); 
// Outputs: {"head":{"value":10,"next":{"value":20,"next":null}}}

**可视化**

3. 堆叠

堆栈是一种 LIFO（后进先出）数据结构。

**特征：**

**何时使用：**使用堆栈来管理函数调用、语法解析或撤消操作。

**代码示例**

class Stack {
  private items: T[] = [];
  push(item: T): void {
    this.items.push(item);
  }
  pop(): T | undefined {
    return this.items.pop();
  }
  display(): void {
    console.log(this.items.reverse());
  }
}

const stack = new Stack();
stack.push(1);
stack.push(2);
stack.push(3);
console.log(stack.pop()); // Returns 3

**可视化**

4. 队列

队列是一种 FIFO（先进先出）数据结构。

**特征：**

**何时使用：**使用队列来管理任务，例如作业调度或广度优先搜索。

**代码示例**

class Queue {
  private items: T[] = [];
  enqueue(item: T): void {
    this.items.push(item);
  }
  dequeue(): T | undefined {
    return this.items.shift();
  }
  display(): void {
    console.log(this.items);
  }
}

const queue = new Queue();
queue.enqueue(1);
queue.enqueue(2);
queue.enqueue(3);
queue.display(); // Outputs: [1, 2, 3]
console.log(queue.dequeue()); // Returns 1

**可视化**

5.哈希表

哈希表是一种针对快速查找进行优化的键值对数据结构。

**特征：**

**何时使用：**使用哈希表作为字典、缓存和集合。

**代码示例**

class HashTable {
  private buckets: [K, V][][] = [];

  private hash(key: K): number {
    return JSON.stringify(key).length % 10;
  }

  set(key: K, value: V): void {
    const index = this.hash(key);
    this.buckets[index] = this.buckets[index] || [];
    this.buckets[index].push([key, value]);
  }

  get(key: K): V | undefined {
    const index = this.hash(key);
    const bucket = this.buckets[index] || [];
    for (const [k, v] of bucket) {
      if (k === key) return v;
    }
  }
}

const hashTable = new HashTable();
hashTable.set("name", "Alice");
hashTable.set("age", 30);
console.log(hashTable.get("age")); // Outputs: 30

**可视化**

6.二叉树

二叉树是一种层次结构，其中每个节点最多有两个子节点。

**特征：**

**何时使用：**使用二叉树来存储文件系统等分层数据。

**代码示例**

class TreeNode {
  value: T;
  left: TreeNode | null = null;
  right: TreeNode | null = null;

  constructor(value: T) {
    this.value = value;
  }
}

const root = new TreeNode(1);
root.left = new TreeNode(2);
root.right = new TreeNode(3);
console.log(JSON.stringify(root));
// Outputs: {"value":1,"left":{"value":2,"left":null,"right":null},"right":{"value":3,"left":null,"right":null}}

**可视化**

结论

理解数据结构对于编写高效且可扩展的代码至关重要。数组、链表、堆栈、队列、哈希表和二叉树各有其特定用途，从管理顺序到分层组织数据。

掌握这些基础知识可以让你解决各种挑战，无论是在编程面试还是实际项目中。经常练习，你很快就会看到它对你解决问题能力的影响。

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