使用go实现常见的数据结构

数据结构
这篇文章主要介绍了使用go实现常见的数据结构,本文给大家介绍的非常详细,对大家的学习或工作具有一定的参考借鉴价值,需要的朋友可以参考下

1 golang常见数据结构实现

1.1 链表

举单链表的例子,双向链表同理只是多了pre指针。

定义单链表结构:

type LinkNode struct {
    Data int64
    NextNode *LinkNode
}

构造链表及打印链表:

func main() {

    node := new(LinkNode)
    node.Data = 1

    node1 := new(LinkNode)
    node1.Data = 2
    node.NextNode = node1 // node1 链接到 node 节点上

    node2 := new(LinkNode)
    node2.Data = 3
    node1.NextNode = node2 // node2 链接到 node1 节点上

    // 顺序打印。把原链表头结点赋值到新的NowNode上
    // 这样仍然保留了原链表头结点node不变
    nowNode := node
    for nowNode != nil {
        fmt.Println(nowNode.Data)
        // 获取下一个节点。链表向下滑动
        nowNode = nowNode.NextNode
    }
}

1.2 可变数组

可变数组在各种语言中都非常常用,在golang中,可变数组语言本身已经实现,就是我们的切片slice。

1.3 栈和队列

1.3.1 原生切片实现栈和队列

栈:先进后出,后进先出,类似弹夹

队列:先进先出

golang中,实现并发不安全的栈和队列,非常简单,我们直接使用原生切片即可。

1.3.1.1 切片原生栈实现
func main() {
    // 用切片制作一个栈
    var stack []int
    // 元素1 入栈
    stack = append(stack, 1, 5, 7, 2)
    // 栈取出最近添加的数据。例如[1,5,7,2] ,len = 4
    x := stack[len(stack)-1] // 2
    // 切掉最近添加的数据,上一步和这一步模仿栈的pop。
    stack = stack[:len(stack)-1] // [1,5,7]
    fmt.Printf("%d", x)
}
1.3.1.2 切片原生队列实现
func main() {

    // 用切片模仿队列
    var queue []int
    // 进队列
    queue = append(queue, 1, 5, 7, 2)
    // 队头弹出,再把队头切掉,模仿队列的poll操作
    cur := queue[0]
    queue = queue[1:]

    fmt.Printf("%d", cur)
}

1.3.2 *并发安全的栈和队列

1.3.2.1 切片实现并发安全的栈并发安全的栈
// 数组栈,后进先出
type Mystack struct {
 array []string // 底层切片
 size int // 栈的元素数量
 lock sync.Mutex // 为了并发安全使用的锁
}

入栈

// 入栈
func (stack *Mytack) Push(v string) {
 stack.lock.Lock()
 defer stack.lock.Unlock()

 // 放入切片中,后进的元素放在数组最后面
 stack.array = append(stack.array, v)

 // 栈中元素数量+1
 stack.size = stack.size + 1
}

出栈

1、如果切片偏移量向前移动 stack.array[0 : stack.size-1],表明最后的元素已经不属于该数组了,数组变相的缩容了。此时,切片被缩容的部分并不会被回收,仍然占用着空间,所以空间复杂度较高,但操作的时间复杂度为:O(1)。

2、如果我们创建新的数组 newArray,然后把老数组的元素复制到新数组,就不会占用多余的空间,但移动次数过多,时间复杂度为:O(n)。

func (stack *Mystack) Pop() string {
 stack.lock.Lock()
 defer stack.lock.Unlock()

 // 栈中元素已空
 if stack.size == 0 {
 panic("empty")
 }

 // 栈顶元素
 v := stack.array[stack.size-1]

 // 切片收缩,但可能占用空间越来越大
 //stack.array = stack.array[0 : stack.size-1]

 // 创建新的数组,空间占用不会越来越大,但可能移动元素次数过多
 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

 // 栈中元素数量-1
 stack.size = stack.size - 1
 return v
}

获取栈顶元素

// 获取栈顶元素
func (stack *Mystack) Peek() string {
 // 栈中元素已空
 if stack.size == 0 {
 panic("empty")
 }

 // 栈顶元素值
 v := stack.array[stack.size-1]
 return v
}

获取栈大小和判定是否为空

// 栈大小
func (stack *Mystack) Size() int {
 return stack.size
}

// 栈是否为空
func (stack *Mystack) IsEmpty() bool {
 return stack.size == 0
}
1.3.2.2 切片实现并发安全的队列队列结构
// 数组队列,先进先出
type Myqueue struct {
 array []string // 底层切片
 size int // 队列的元素数量
 lock sync.Mutex // 为了并发安全使用的锁
}

入队

// 入队
func (queue *Myqueue) Add(v string) {
 queue.lock.Lock()
 defer queue.lock.Unlock()

 // 放入切片中,后进的元素放在数组最后面
 queue.array = append(queue.array, v)

 // 队中元素数量+1
 queue.size = queue.size + 1
}

出队

1、原地挪位,依次补位 queue.array[i-1] = queue.array[i],然后数组缩容:queue.array = queue.array[0 : queue.size-1],但是这样切片缩容的那部分内存空间不会释放。

2、创建新的数组,将老数组中除第一个元素以外的元素移动到新数组。

// 出队
func (queue *Myqueue) Remove() string {
 queue.lock.Lock()
 defer queue.lock.Unlock()

 // 队中元素已空
 if queue.size == 0 {
 panic("empty")
 }

 // 队列最前面元素
 v := queue.array[0]

 /* 直接原位移动,但缩容后继的空间不会被释放
 for i := 1; i < queue.size; i++ {
 // 从第一位开始进行数据移动
 queue.array[i-1] = queue.array[i]
 }
 // 原数组缩容
 queue.array = queue.array[0 : queue.size-1]
 */

 // 创建新的数组,移动次数过多
 newArray := make([]string, queue.size-1, queue.size-1)
 for i := 1; i < queue.size; i++ {
 // 从老数组的第一位开始进行数据移动
 newArray[i-1] = queue.array[i]
 }
 queue.array = newArray

 // 队中元素数量-1
 queue.size = queue.size - 1
 return v
}

1.4 字典Map和集合Set

1.4.1 Map

字典也是程序语言经常使用的结构,golang中的字典是其自身实现的map结构。具体操作可以查看语言api

并发安全的map,可以定义结构,结构中有一个map成员和一个锁变量成员,参考并发安全的栈和队列的实现。go语言也实现了一个并发安全的map,具体参考sync.map的api

1.4.2 Set

我们可以借助map的特性,实现一个Set结构。

Set结构

map的值我们不适用,定义为空的结构体struct{}

// 集合结构体
type Set struct {
 m map[int]struct{} // 用字典来实现,因为字段键不能重复
 len int // 集合的大小
 sync.RWMutex // 锁,实现并发安全
}

初始化Set

// 新建一个空集合
func NewSet(cap int64) *Set {
 temp := make(map[int]struct{}, cap)
 return &Set{
 m: temp,
 }
}

往set中添加一个元素

// 增加一个元素
func (s *Set) Add(item int) {
 s.Lock()
 defer s.Unlock()
 s.m[item] = struct{}{} // 实际往字典添加这个键
 s.len = len(s.m) // 重新计算元素数量
}

删除一个元素

// 移除一个元素
func (s *Set) Remove(item int) {
 s.Lock()
 s.Unlock()

 // 集合没元素直接返回
 if s.len == 0 {
 return
 }

 delete(s.m, item) // 实际从字典删除这个键
 s.len = len(s.m) // 重新计算元素数量
}

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
}

查看集合是否为空

// 集合是够为空
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{}{} // 字典重新赋值
 s.len = 0 // 大小归零
}

将集合转化为切片

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 二叉树

二叉树:每个节点最多只有两个儿子节点的树。

满二叉树:叶子节点与叶子节点之间的高度差为 0 的二叉树,即整棵树是满的,树呈满三角形结构。在国外的定义,非叶子节点儿子都是满的树就是满二叉树。我们以国内为准。

完全二叉树:完全二叉树是由满二叉树而引出来的,设二叉树的深度为 k,除第 k 层外,其他各层的节点数都达到最大值,且第 k 层所有的节点都连续集中在最左边。

二叉树结构定义

// 二叉树
type TreeNode struct {
 Data string // 节点用来存放数据
 Left *TreeNode // 左子树
 Right *TreeNode // 右字树
}

树的遍历

1、先序遍历:先访问根节点,再访问左子树,最后访问右子树。

2、后序遍历:先访问左子树,再访问右子树,最后访问根节点。

3、中序遍历:先访问左子树,再访问根节点,最后访问右子树。

4、层次遍历:每一层从左到右访问每一个节点。

// 先序遍历
func PreOrder(tree *TreeNode) {
 if tree == nil {
 return
 }

 // 先打印根节点
 fmt.Print(tree.Data, " ")
 // 再打印左子树
 PreOrder(tree.Left)
 // 再打印右字树
 PreOrder(tree.Right)
}

// 中序遍历
func MidOrder(tree *TreeNode) {
 if tree == nil {
 return
 }

 // 先打印左子树
 MidOrder(tree.Left)
 // 再打印根节点
 fmt.Print(tree.Data, " ")
 // 再打印右字树
 MidOrder(tree.Right)
}

// 后序遍历
func PostOrder(tree *TreeNode) {
 if tree == nil {
 return
 }

 // 先打印左子树
 MidOrder(tree.Left)
 // 再打印右字树
 MidOrder(tree.Right)
 // 再打印根节点
 fmt.Print(tree.Data, " ")
}

按层遍历:

func Level(head *TreeNode) {

    if head == nil {
        return
    }

    // 用切片模仿队列
    var queue []*TreeNode
    queue = append(queue, head)

    for len(queue) != 0 {
        // 队头弹出,再把队头切掉,模仿队列的poll操作
        cur := queue[0]
        queue = queue[1:]

        fmt.Printf("%d", (*cur).Data)

        // 当前节点有左孩子,加入左孩子进队列
        if cur.Left != nil {
            queue = append(queue, cur.Left)
        }

        // 当前节点有右孩子,加入右孩子进队列
        if cur.Right != nil {
            queue = append(queue, cur.Right)
        }
    }

}