使用go實現常見的數據結構
1 golang常見數據結構實現
1.1 鏈表
舉單鏈表的例子，雙向鏈表同理隻是多瞭pre指針。
定義單鏈表結構：
type LinkNode struct {
Data int64
NextNode *LinkNode
}
構造鏈表及打印鏈表：
func main() {
node := new(LinkNode)
node.Data = 1
node1 := new(LinkNode)
node1.Data = 2
node.NextNode = node1 // node1 鏈接到 node 節點上
node2 := new(LinkNode)
node2.Data = 3
node1.NextNode = node2 // node2 鏈接到 node1 節點上
// 順序打印。把原鏈表頭結點賦值到新的NowNode上
// 這樣仍然保留瞭原鏈表頭結點node不變
nowNode := node
for nowNode != nil {
fmt.Println(nowNode.Data)
// 獲取下一個節點。鏈表向下滑動
nowNode = nowNode.NextNode
}
}
1.2 可變數組
可變數組在各種語言中都非常常用，在golang中，可變數組語言本身已經實現，就是我們的切片slice。
1.3 棧和隊列
1.3.1 原生切片實現棧和隊列
棧：先進後出，後進先出，類似彈夾
隊列：先進先出
golang中，實現並發不安全的棧和隊列，非常簡單，我們直接使用原生切片即可。
1.3.1.1 切片原生棧實現
func main() {
// 用切片制作一個棧
var stack []int
// 元素1 入棧
stack = append(stack, 1, 5, 7, 2)
// 棧取出最近添加的數據。例如[1,5,7,2] ，len = 4
x := stack[len(stack)-1] // 2
// 切掉最近添加的數據，上一步和這一步模仿棧的pop。
stack = stack[:len(stack)-1] // [1,5,7]
fmt.Printf("%d", x)
}
1.3.1.2 切片原生隊列實現
func main() {
// 用切片模仿隊列
var queue []int
// 進隊列
queue = append(queue, 1, 5, 7, 2)
// 隊頭彈出，再把隊頭切掉，模仿隊列的poll操作
cur := queue[0]
queue = queue[1:]
fmt.Printf("%d", cur)
}
1.3.2 *並發安全的棧和隊列
1.3.2.1 切片實現並發安全的棧並發安全的棧
// 數組棧，後進先出
type Mystack struct {
array []string // 底層切片
size int // 棧的元素數量
lock sync.Mutex // 為瞭並發安全使用的鎖
}
入棧
// 入棧
func (stack *Mytack) Push(v string) {
stack.lock.Lock()
defer stack.lock.Unlock()
// 放入切片中，後進的元素放在數組最後面
stack.array = append(stack.array, v)
// 棧中元素數量+1
stack.size = stack.size + 1
}
出棧
1、如果切片偏移量向前移動 stack.array[0 : stack.size-1]，表明最後的元素已經不屬於該數組瞭，數組變相的縮容瞭。此時，切片被縮容的部分並不會被回收，仍然占用著空間，所以空間復雜度較高，但操作的時間復雜度為：O(1)。
2、如果我們創建新的數組 newArray，然後把老數組的元素復制到新數組，就不會占用多餘的空間，但移動次數過多，時間復雜度為：O(n)。
func (stack *Mystack) Pop() string {
stack.lock.Lock()
defer stack.lock.Unlock()
// 棧中元素已空
if stack.size == 0 {
panic("empty")
}
// 棧頂元素
v := stack.array[stack.size-1]
// 切片收縮，但可能占用空間越來越大
//stack.array = stack.array[0 : stack.size-1]
// 創建新的數組，空間占用不會越來越大，但可能移動元素次數過多
newArray := make([]string, stack.size-1, stack.size-1)
for i := 0; i < stack.size-1; i++ {
newArray[i] = stack.array[i]
}
stack.array = newArray
// 棧中元素數量-1
stack.size = stack.size - 1
return v
}
獲取棧頂元素
// 獲取棧頂元素
func (stack *Mystack) Peek() string {
// 棧中元素已空
if stack.size == 0 {
panic("empty")
}
// 棧頂元素值
v := stack.array[stack.size-1]
return v
}
獲取棧大小和判定是否為空
// 棧大小
func (stack *Mystack) Size() int {
return stack.size
}
// 棧是否為空
func (stack *Mystack) IsEmpty() bool {
return stack.size == 0
}
1.3.2.2 切片實現並發安全的隊列隊列結構
// 數組隊列，先進先出
type Myqueue struct {
array []string // 底層切片
size int // 隊列的元素數量
lock sync.Mutex // 為瞭並發安全使用的鎖
}
入隊
// 入隊
func (queue *Myqueue) Add(v string) {
queue.lock.Lock()
defer queue.lock.Unlock()
// 放入切片中，後進的元素放在數組最後面
queue.array = append(queue.array, v)
// 隊中元素數量+1
queue.size = queue.size + 1
}
出隊
1、原地挪位，依次補位 queue.array[i-1] = queue.array[i]，然後數組縮容：queue.array = queue.array[0 : queue.size-1]，但是這樣切片縮容的那部分內存空間不會釋放。
2、創建新的數組，將老數組中除第一個元素以外的元素移動到新數組。
// 出隊
func (queue *Myqueue) Remove() string {
queue.lock.Lock()
defer queue.lock.Unlock()
// 隊中元素已空
if queue.size == 0 {
panic("empty")
}
// 隊列最前面元素
v := queue.array[0]
/* 直接原位移動，但縮容後繼的空間不會被釋放
for i := 1; i < queue.size; i++ {
// 從第一位開始進行數據移動
queue.array[i-1] = queue.array[i]
}
// 原數組縮容
queue.array = queue.array[0 : queue.size-1]
*/
// 創建新的數組，移動次數過多
newArray := make([]string, queue.size-1, queue.size-1)
for i := 1; i < queue.size; i++ {
// 從老數組的第一位開始進行數據移動
newArray[i-1] = queue.array[i]
}
queue.array = newArray
// 隊中元素數量-1
queue.size = queue.size - 1
return v
}
1.4 字典Map和集合Set
1.4.1 Map
字典也是程序語言經常使用的結構，golang中的字典是其自身實現的map結構。具體操作可以查看語言api
並發安全的map，可以定義結構，結構中有一個map成員和一個鎖變量成員，參考並發安全的棧和隊列的實現。go語言也實現瞭一個並發安全的map,具體參考sync.map的api
1.4.2 Set
我們可以借助map的特性，實現一個Set結構。
Set結構
map的值我們不適用，定義為空的結構體struct{}
// 集合結構體
type Set struct {
m map[int]struct{} // 用字典來實現，因為字段鍵不能重復
len int // 集合的大小
sync.RWMutex // 鎖，實現並發安全
}
初始化Set
// 新建一個空集合
func NewSet(cap int64) *Set {
temp := make(map[int]struct{}, cap)
return &Set{
m: temp,
}
}
往set中添加一個元素
// 增加一個元素
func (s *Set) Add(item int) {
s.Lock()
defer s.Unlock()
s.m[item] = struct{}{} // 實際往字典添加這個鍵
s.len = len(s.m) // 重新計算元素數量
}
刪除一個元素
// 移除一個元素
func (s *Set) Remove(item int) {
s.Lock()
s.Unlock()
// 集合沒元素直接返回
if s.len == 0 {
return
}
delete(s.m, item) // 實際從字典刪除這個鍵
s.len = len(s.m) // 重新計算元素數量
}
查看元素是否在集合set中
// 查看是否存在元素
func (s *Set) Has(item int) bool {
s.RLock()
defer s.RUnlock()
_, ok := s.m[item]
return ok
}
查看集合大小
// 查看集合大小
func (s *Set) Len() int {
return s.len
}
查看集合是否為空
// 集合是夠為空
func (s *Set) IsEmpty() bool {
if s.Len() == 0 {
return true
}
return false
}
清除集合所有元素
// 清除集合所有元素
func (s *Set) Clear() {
s.Lock()
defer s.Unlock()
s.m = map[int]struct{}{} // 字典重新賦值
s.len = 0 // 大小歸零
}
將集合轉化為切片
func (s *Set) List() []int {
s.RLock()
defer s.RUnlock()
list := make([]int, 0, s.len)
for item := range s.m {
list = append(list, item)
}
return list
}
1.5 二叉樹
二叉樹：每個節點最多隻有兩個兒子節點的樹。
滿二叉樹：葉子節點與葉子節點之間的高度差為 0 的二叉樹，即整棵樹是滿的，樹呈滿三角形結構。在國外的定義，非葉子節點兒子都是滿的樹就是滿二叉樹。我們以國內為準。
完全二叉樹：完全二叉樹是由滿二叉樹而引出來的，設二叉樹的深度為 k，除第 k 層外，其他各層的節點數都達到最大值，且第 k 層所有的節點都連續集中在最左邊。
二叉樹結構定義
// 二叉樹
type TreeNode struct {
Data string // 節點用來存放數據
Left *TreeNode // 左子樹
Right *TreeNode // 右字樹
}
樹的遍歷
1、先序遍歷：先訪問根節點，再訪問左子樹，最後訪問右子樹。
2、後序遍歷：先訪問左子樹，再訪問右子樹，最後訪問根節點。
3、中序遍歷：先訪問左子樹，再訪問根節點，最後訪問右子樹。
4、層次遍歷：每一層從左到右訪問每一個節點。
// 先序遍歷
func PreOrder(tree *TreeNode) {
if tree == nil {
return
}
// 先打印根節點
fmt.Print(tree.Data, " ")
// 再打印左子樹
PreOrder(tree.Left)
// 再打印右字樹
PreOrder(tree.Right)
}
// 中序遍歷
func MidOrder(tree *TreeNode) {
if tree == nil {
return
}
// 先打印左子樹
MidOrder(tree.Left)
// 再打印根節點
fmt.Print(tree.Data, " ")
// 再打印右字樹
MidOrder(tree.Right)
}
// 後序遍歷
func PostOrder(tree *TreeNode) {
if tree == nil {
return
}
// 先打印左子樹
MidOrder(tree.Left)
// 再打印右字樹
MidOrder(tree.Right)
// 再打印根節點
fmt.Print(tree.Data, " ")
}
按層遍歷：
func Level(head *TreeNode) {
if head == nil {
return
}
// 用切片模仿隊列
var queue []*TreeNode
queue = append(queue, head)
for len(queue) != 0 {
// 隊頭彈出，再把隊頭切掉，模仿隊列的poll操作
cur := queue[0]
queue = queue[1:]
fmt.Printf("%d", (*cur).Data)
// 當前節點有左孩子，加入左孩子進隊列
if cur.Left != nil {
queue = append(queue, cur.Left)
}
// 當前節點有右孩子，加入右孩子進隊列
if cur.Right != nil {
queue = append(queue, cur.Right)
}
}
}
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