【数据结构与算法】用JS普通对象手撸一个双端队列

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介绍

双端队列是一种将栈的原则和队列的原则混合在一起的数据结构，即头部和尾部都可以添加或删除。本期我们将用js普通对象不借助数组，去实现一个双端队列类，以便加深对此数据结构的认识。

概念

双端队列（deque，或称double-ended queue）是一种允许我们同时从前端和后端添加和移除元素的特殊队列。它同时遵守了先进先出和后进先出原则，也可以说它是把队列和栈相结合的数据结构。

正文

1.基础结构

我们先看一下，要实现的大体结构与其方法：

const items = new WeakMap();
const count = new WeakMap();
const delCount = new WeakMap();
class Deque {
    constructor() {
        items.set(this, {})
        count.set(this, 0)
        delCount.set(this, 0)
        return this;
    }
    addBefore(item) {}
    addAfter(item) {}
    peekBefore() {}
    peekAfter() {}
    removeBefore() {}
    removeAfter() {}
    clear() {
        items.set(this, {});
        count.set(this, 0);
        delCount.set(this, 0);
    }
    get() {
        return {
            ...items.get(this),
            length: this.size()
        }
    }
    size() {
        return count.get(this) - delCount.get(this);
    }
}

export default Deque;

我们使用WeakMap这个ES6新数据结构来完成队列的私有变量了，保护其内部的参数不被外界破坏。我们在这里创建三个私有变量分别为items元素存储器与count计数器还有delCount删除收集计数器，至于后面的几个方法为：

• size：返回当前队列的元素个数。
• get：返回一个当期队列所有元素和长度值。
• clear：清除队列所有的元素。
• addBefore&addAfter：分别在前后注入一个元素，并返回当前队列的长度。
• peekBefore&peekAfter：分别在最前和最后获取元素，并返回这个元素的值。
• removeBefore&removeAfter：分别在最前和最后抹除元素，并返回这个元素的值。

其中size,clear,get方法与上一期的手撸队列完全一致这里不做赘述，接下来我们先看一下具体实现吧。

2.addBefore&addAfter

addBefore(item) {
    let _delCount = delCount.get(this);
    let _items = items.get(this)
    let _count = count.get(this);
    if (this.size() === 0) {
        this.addAfter(item);
    }
    else if (_delCount > 0) {
        _delCount -= 1;
        _items[_delCount] = item;
        delCount.set(this, _delCount)
    }
    else{
        for (let i = _count; i > 0; i--) {  
            _items[i] = _items[i-1] 
        }
        _items[0] = item;
        items.set(this, _items)
        count.set(this, _count+1)
    }
    return this.size()
}
addAfter(item) {
    let _items = items.get(this)
    let _count = count.get(this);
    _items[_count] = item;;
    items.set(this, _items)
    count.set(this, _count+1)
    return this.size()
}

我们先说addAfter吧，很简单，我们就在count数量上加一，并将传入的元素，赋值到其位置上，就完了操作。而addBefore方法，会出现三种状况，第一种，就是本身队列是空的，那么我们直接让他走addAfter方法，比较如果count出现负数是不好看的。第二种则是之前删除过元素的情况(即delCount>0)，相当于在之前删除的位置给其赋值，再delCount自然让其减一来完成。最后一种则为，该队列不是空的之前也没删除过值的记录(即delCount=0)，我们会用for循环往下一层推当前层的值，最后给第0项赋值，并保存来完成的。

接下来，我们使用一下它：

import Deque from "./js/Deque"
const deque= new Deque();
console.log('addBefore->',deque.addBefore(1));
console.log('get->',deque.get());
console.log('addAfter->',deque.addAfter(2));
console.log('get->',deque.get());
console.log('addBefore->',deque.addBefore(0));
console.log('get->',deque.get());
console.log('addAfter->',deque.addAfter(3));
console.log('get->',deque.get());

我们分别在队列的前后各增加了两条数据，总共是4条，可以看到下面的结果是成功的。

3.peekBefore&peekAfter

peekBefore() {
    if(this.size()==0) return undefined
    return items.get(this)[delCount.get(this)]
}
peekAfter() {
    if(this.size()==0) return undefined
    return items.get(this)[count.get(this)-1]
}

peek只读取首和尾的值，很简单，peekBefore就读delCount的值，如果你未删除那么delCount就是0了，而peekAfter是读从count下一个值然后减去一即为最后一项了，这样就可以取出当前首和尾了。

接下来，我们使用一下它：

console.log('get->',deque.get());
console.log('peekBefore->',deque.peekBefore())
console.log('peekAfter->',deque.peekAfter())

这里我们看到队列的数据是值分别为0,1,2,3四个值，所以我们会分别取出0和3的，在下面可以看到是符合要求的。

4.removeBefore&removeAfter

removeBefore() {
    if(this.size()==0) return undefined
    let _items = items.get(this);
    let _delCount = delCount.get(this);
    let item = _items[_delCount];
    delete _items[_delCount]
    items.set(this,_items);
    delCount.set(this,_delCount+1);
    return item;
}
removeAfter() {
    if(this.size()==0) return undefined
    let _items = items.get(this);
    let _count = count.get(this);
    _count-=1;
    let item = _items[_count];
    delete _items[_count]
    items.set(this,_items);
    count.set(this,_count)
    return item
}

与peek类似，只是remove会移除掉当前值，并且分别在会在delCount与count基础上做出对应变化，来给其计数。当然别忘了还要更新下刚才处理的元素。

接下来，我们使用一下它：

console.log('get->',deque.get());
console.log('removeBefore->',deque.removeBefore())
console.log('get->',deque.get());
console.log('removeAfter->',deque.removeAfter())
console.log('get->',deque.get());

我们会移除首位两个元素的值即0和3，期望是最后所剩下只有1和2，长度是2，下面可以看到也是符合期望的。

结语

本次我们学习实现了队列的一个变种——双端队列。他就像你在排队，售票员在队伍头有一个，而且在队伍尾也有一个。在程序中，可以做那种文件撤销回退那种功能，当然在前端写js完全可以用数组代替，但是，本次着重还是以思想为前提，去完成案例，而非单纯的实现。