什么是JavaScript數據結構

# 什么是JavaScript數據結構

## 引言

在編程世界中，數據結構是組織和存儲數據的特定方式，它直接影響著程序的效率和性能。JavaScript作為一門動態、靈活的編程語言，提供了多種內置數據結構，同時也允許開發者實現更復雜的自定義結構。本文將深入探討JavaScript中的核心數據結構，包括它們的特性、使用場景以及實際應用示例。

## 一、基本數據結構

### 1. 原始類型（Primitive Types）

JavaScript有7種原始數據類型：
- `String`：文本數據
- `Number`：整數或浮點數
- `Boolean`：true/false
- `null`：空值
- `undefined`：未定義值
- `Symbol`（ES6）：唯一標識符
- `BigInt`（ES2020）：大整數

```javascript
let name = "Alice"; // String
let age = 25;      // Number
let isStudent = true; // Boolean

2. 對象（Object）

對象是JavaScript中最基礎的非原始數據結構，用于存儲鍵值對集合：

let person = {
  name: "Bob",
  age: 30,
  hobbies: ["reading", "hiking"]
};

二、集合類型數據結構

1. 數組（Array）

有序的元素集合，可以包含不同類型的數據：

let fruits = ["apple", "banana", 123, true];

// 常用方法
fruits.push("orange"); // 末尾添加
fruits.pop();          // 移除末尾

特點： - 動態大小 - 索引訪問（O(1)時間復雜度） - 提供豐富的內置方法（map、filter等）

2. Set（ES6）

存儲唯一值的集合：

let uniqueNumbers = new Set([1, 2, 2, 3]);
console.log(uniqueNumbers); // Set {1, 2, 3}

應用場景： - 數組去重 - 成員關系快速檢測

3. Map（ES6）

鍵值對集合，鍵可以是任意類型：

let userMap = new Map();
userMap.set(1, {name: "Alice"});
userMap.set("email", "alice@example.com");

與Object的區別： - 鍵類型不受限（Object只能用String/Symbol作為鍵） - 保持插入順序 - 性能更優（頻繁增刪場景）

三、特殊數據結構

1. 鏈表（Linked List）

雖然JavaScript沒有內置鏈表，但可以輕松實現：

class ListNode {
  constructor(value) {
    this.value = value;
    this.next = null;
  }
}

// 創建鏈表
let head = new ListNode(1);
head.next = new ListNode(2);

優勢： - 高效的插入/刪除操作（O(1)） - 動態內存分配

2. 棧（Stack）和隊列（Queue）

棧實現（LIFO原則）：

let stack = [];
stack.push(1); // 入棧
stack.pop();   // 出棧

隊列實現（FIFO原則）：

let queue = [];
queue.push(1); // 入隊
queue.shift(); // 出隊

優化隊列：使用兩個數組或專門類實現O(1)復雜度的出隊操作。

四、樹形結構

1. 二叉樹

class TreeNode {
  constructor(value) {
    this.value = value;
    this.left = null;
    this.right = null;
  }
}

// 創建二叉樹
let root = new TreeNode(10);
root.left = new TreeNode(5);
root.right = new TreeNode(15);

遍歷方式： - 前序、中序、后序遍歷 - 層序遍歷（廣度優先）

2. 堆（Heap）

特殊的完全二叉樹，常用于優先隊列：

// 最小堆示例
class MinHeap {
  constructor() {
    this.heap = [];
  }
  
  insert(value) { /*...*/ }
  extractMin() { /*...*/ }
}

五、圖（Graph）

由頂點和邊組成的非線性結構：

// 鄰接表表示法
class Graph {
  constructor() {
    this.adjacencyList = {};
  }
  
  addVertex(vertex) {
    if(!this.adjacencyList[vertex]) {
      this.adjacencyList[vertex] = [];
    }
  }
  
  addEdge(v1, v2) {
    this.adjacencyList[v1].push(v2);
    this.adjacencyList[v2].push(v1);
  }
}

算法應用： - 最短路徑（Dijkstra算法） - 最小生成樹（Prim算法）

六、選擇數據結構的考量因素

1. 訪問模式：

   • 隨機訪問：數組
   • 順序訪問：鏈表

2. 操作頻率：

   • 頻繁插入/刪除：鏈表
   • 頻繁搜索：哈希表

3. 內存效率：

   • 數組內存連續，緩存友好
   • 鏈表內存分散但動態

4. 時間復雜度：

   操作	數組	鏈表	哈希表
   訪問	O(1)	O(n)	O(1)*
   插入/刪除	O(n)	O(1)	O(1)*
   搜索	O(n)	O(n)	O(1)

*表示平均情況

七、實際應用案例

1. 使用Map實現緩存

class LRUCache {
  constructor(capacity) {
    this.capacity = capacity;
    this.cache = new Map();
  }
  
  get(key) {
    if(!this.cache.has(key)) return -1;
    const value = this.cache.get(key);
    this.cache.delete(key);
    this.cache.set(key, value);
    return value;
  }
  
  put(key, value) {
    if(this.cache.has(key)) {
      this.cache.delete(key);
    }
    this.cache.set(key, value);
    if(this.cache.size > this.capacity) {
      this.cache.delete(this.cache.keys().next().value);
    }
  }
}

2. 使用堆實現任務調度

// 基于優先級的任務調度
class PriorityQueue {
  // 實現略
}

const taskQueue = new PriorityQueue();
taskQueue.enqueue("緊急任務", 1);
taskQueue.enqueue("普通任務", 3);

結語

JavaScript數據結構是構建高效算法的基石。從簡單的數組到復雜的圖結構，每種數據結構都有其獨特的優勢和適用場景。理解這些結構的底層原理和性能特征，可以幫助開發者： - 編寫更高效的代碼 - 優化內存使用 - 解決復雜問題 - 通過算法面試挑戰

隨著ECMAScript標準的演進，JavaScript的數據結構能力仍在不斷增強（如ES2023新增的findLast數組方法）。持續學習和實踐是掌握數據結構的關鍵。 “`

注：本文約1700字，涵蓋了JavaScript主要數據結構及其核心概念。實際使用時可根據需要調整示例代碼的詳細程度或添加更多實際應用場景。