ES6的Set和Map数据结构,由你制造

你造吗

每当去学习ES6的时候,我都会不由自主的打开阮一峰老师的《ES6入门》去学习和查找用法,相信大多数同学也都和我一样看过阮老师写的文章。

当然大家也都知道ES6里常用的API就那么些,不多不少,用在项目中也是刚刚好。

不过在每次读到Set和Map数据结构那一章的时候,总是有点不知所措,因为我不明白实现这样的数据结构,目的是什么,意义又是什么呢

Set和Map主要的应用场景在于数组去重数据存储,幸运的是在读了关于数据结构和算法之类的书籍后,恍然大悟的发现

原来Set是一种叫做集合的数据结构,Map是一种叫做字典的数据结构

那么下面就跟随我一起去了解下这两种数据结构,最后来亲手实现的一个ES6中的Set和Map吧

集合

  • 集合是由一组无序且唯一(即不能重复)的项组成的,可以想象成集合是一个既没有重复元素,也没有顺序概念的数组
  • ES6提供了新的数据结构Set。它类似于数组,但是成员的值都是唯一的,没有重复的值
  • Set 本身是一个构造函数,用来生成 Set 数据结构
  • 这里说的Set其实就是我们所要讲到的集合,先来看下基础用法
const s = new Set();

[2, 3, 5, 4, 5, 2, 2].forEach(x => s.add(x));

for (let i of s) {
  console.log(i);   // 2 3 5 4
}

// 去除数组的重复成员
let array = [1,2,1,4,5,3];
[...new Set(array)]     // [1, 2, 4, 5, 3]

具体用法如果还有不清楚的,这里我会在后面一一细说。现在还是来看一下以ES6中Set类(数据结构)为基础实现的集合吧

Set实例的属性和方法

  • Set的属性:
    • size:返回集合所包含元素的数量
  • Set的方法:
    • 操作方法
      • add(value):向集合添加一个新的项
      • delete(value):从集合中移除一个值
      • has(value):如果值在集合中存在,返回true,否则false
      • clear(): 移除集合里所有的项
    • 遍历方法
      • keys():返回一个包含集合中所有键的数组
      • values():返回一个包含集合中所有值的数组
      • entries:返回一个包含集合中所有键值对的数组(感觉没什么用就不实现了)
      • forEach():用于对集合成员执行某种操作,没有返回值

创建一个集合

function Set(arr = []) {    // 可以传入数组
    let items = {};
    this.size = 0;  // 记录集合中成员的数量
}

module.exports = Set;

这里用{}对象来表示集合,也是因为对象不允许一个键指向两个不同的属性,保证了集合里的元素都是唯一的

接下来,就需要按照ES6中Set类的实现,添加一些集合的操作方法

has方法

首先要实现的是has方法,因为在add和delete等其他方法中都会被调用,下面来看一下它的实现

function Set() {
    let items = {};
    this.size = 0;
    
    // has(val)方法
    this.has = function(val) {
        // 对象都有hasOwnProperty方法,判断是否拥有特定属性
        return items.hasOwnProperty(val);  
    };
}

add方法

接下来要实现add方法

    // add(val)方法
    this.add = function(val) {
        if (!this.has(val)) {
            items[val] = val;
            this.size++;    // 累加集合成员数量
            return true;
        }
        return false;
    };

对于给定的val,可以检测是否存在于集合中

  • 如果不存在,就添加到集合中,返回true
  • 如果存在,就直接返回false,不做任何操作

delete和clear方法

继续写着,这回把两个都写上

    // delete(val)方法
    this.delete = function(val) {
        if (this.has(val)) {
            delete items[val];  // 将items对象上的属性删掉
            this.size--;
            return true;
        }
        return false;
    };
    // clear方法
    this.clear = function() {
        items = {};     // 直接将集合赋一个空对象即可
        this.size = 0;
    };

在delete方法中,判断val是否存在于集合中,如果存在就直接从集合中删掉,返回true

以上完成的都是操作方法,下面我们再来实现一下遍历方法

keys、values方法

这两个方法我们可以放在一起来实现,因为通过ES6对Object的扩展可以轻松实现对应的方法,下面看一下具体实现,上代码:

    // keys()方法
    this.keys = function() {
        return Object.keys(items);  // 返回遍历集合的所有键名的数组
    };
    // values()方法
    this.values = function() {
        return Object.values(items);  // 返回遍历集合的所有键值的数组
    };

使用一下看看

// set.js
const Set = require('./Set.js');    // 导入写好的Set类
let set = new Set();
set.add(1);
set.add(3);
set.add(2);
console.log(set.keys());    // [ '1', '2', '3' ]
console.log(set.values());  // [ 1, 2, 3 ]

这里我们看到和ES6中的Set有点区别,因为Object的这几个方法都是按照数值大小,从小到大遍历的数组,所以大家知道这一点比较好,具体实现还是有些不同的,哈哈

forEach方法

ES6中Set结构的实例上带的forEach方法,其实和数组的forEach方法很相似,只不过Set结构的键名就是键值,所以第一个参数与第二个参数的值永远都是一样的

下面就按照实现数组的forEach方法,我们来完成Set的forEach方法

    // forEach(fn, context)方法
    this.forEach = function(fn, context) {
        for (let i = 0; i < this.size; i++) {
            let item = Object.keys(items)[i];
            fn.call(context, item, item, items);     
        }
    };

使用forEach方法

// set.js
const Set = require('./Set.js');
let set = new Set();
set.add(1);
set.add(4);
set.add('3');
set.forEach((value, key) => console.log(key + ' : ' + value));  // 1:1, 3:3, 4:4
let arr = set.values();     // [ 1, 3, 4 ]
arr = new Set(arr.map(x => x * 2)).values();
console.log(arr);           // [ 2, 6, 8 ]

基本上实现了Set结构的方法,不过,发现一个问题,那就是每次添加一个元素都要add这样写起来确实好麻烦,Set是可以接收一个数组作为参数的,那么我们把这个也实现一下

function Set(arr = []) {    // 传入接受的数组,如果没有传指定一个空数组做为初始值
    let items = {};
    this.size = 0;
    // has方法
    this.has = function (val) {
        return items.hasOwnProperty(val);
    };
    // add方法
    this.add = function (val) {
        // 如果没有存在items里面就可以直接写入
        if (!this.has(val)) {
            items[val] = val;
            this.size++;
            return true;
        }
        return false;
    };
    arr.forEach((val, i) => {   // 遍历传入的数组
        this.add(val);          // 将数组里每一项值添加到集合中
    });
    // 省略...
}

再来看看现在能不能支持传入的数组了

// 间接使用map和filter
const Set = require('./Set.js');
let arr = new Set([1, 2, 3]).values();
m = new Set(arr.map(x => x * 2));
f = new Set(arr.filter(x => x>1));
console.log(m.values());    // [ 2, 4, 6 ]
console.log(f.values());    // [ 2, 3 ]

// 数组去重
let arr2 = new Set([3, 5, 2, 1, 2, 5, 5]).values();
console.log(arr2);  // [ 1, 2, 3, 5 ]

现在我们有了一个和ES6中非常类似的Set类实现。如前所述,也可以用数组替代对象,存储元素。喜欢动手的同学们,之后也可以去尝试一下

除此之外,Set还可以实现并集(union),交集(intersect),差集(difference)

做事还是要做全套的,我们也一一来实现一下吧

union并集和intersect交集

  • 并集的数学概念,集合A和集合B的并集,表示为A∪B
  • 交集的数学概念,集合A和集合B的交集,表示为A∩B

如图所示:

现在先来实现union方法

    // 并集
    this.union = function (other) {
        let union = new Set();
        let values = this.values();
        for (let i = 0; i < values.length; i++) {
            union.add(values[i]);
        }
        values = other.values();    // 将values重新赋值为新的集合
        for (let i = 0; i < values.length; i++) {
            union.add(values[i]);
        }

        return union;
    };
    // 交集
    this.intersect = function (other) {
        let intersect = new Set();
        let values = this.values();
        for (let i = 0; i < values.length; i++) {
            if (other.has(values[i])) {     // 查看是否也存在于other中
                intersect.add(values[i]);   // 存在的话就像intersect中添加元素
            }
        }
        return intersect;
    };

再来看下difference差集的实现,之后一起再测试一番

difference差集

  • 差集的数学概念,集合A和集合B的差集,表示为A-B

    // 差集
    this.difference = function (other) {
        let difference = new Set();
        let values = this.values();
        for (let i = 0; i < values.length; i++) {
            if (!other.has(values[i])) {    // 将不存在于other集合中的添加到新的集合中
                difference.add(values[i]);
            }
        }
        return difference;
    };

Set完整实现

在此,先给大家贴一下完整的实现代码

function Set(arr = []) {
    let items = {};
    this.size = 0;
    // has方法
    this.has = function (val) {
        return items.hasOwnProperty(val);
    };
    // add方法
    this.add = function (val) {
        // 如果没有存在items里面就可以直接写入
        if (!this.has(val)) {
            items[val] = val;
            this.size++;
            return true;
        }
        return false;
    };
    arr.forEach((val, i) => {
        this.add(val);
    });
    // delete方法
    this.delete = function (val) {
        if (this.has(val)) {
            delete items[val];  // 将items对象上的属性删掉
            this.size--;
            return true;
        }
        return false;
    };
    // clear方法
    this.clear = function () {
        items = {};
        this.size = 0;
    };
    // keys方法
    this.keys = function () {
        return Object.keys(items);
    };
    // values方法
    this.values = function () {
        return Object.values(items);
    }
    // forEach方法
    this.forEach = function (fn, context) {
        for (let i = 0; i < this.size; i++) {
            let item = Object.keys(items)[i];
            fn.call(context, item, item, items);
        }
    }

    // 并集
    this.union = function (other) {
        let union = new Set();
        let values = this.values();

        for (let i = 0; i < values.length; i++) {
            union.add(values[i]);
        }
        values = other.values();    // 将values重新赋值为新的集合
        for (let i = 0; i < values.length; i++) {
            union.add(values[i]);
        }

        return union;
    };
    // 交集
    this.intersect = function (other) {
        let intersect = new Set();
        let values = this.values();
        for (let i = 0; i < values.length; i++) {
            if (other.has(values[i])) {
                intersect.add(values[i]);
            }
        }
        return intersect;
    };
    // 差集
    this.difference = function (other) {
        let difference = new Set();
        let values = this.values();
        for (let i = 0; i < values.length; i++) {
            if (!other.has(values[i])) {
                difference.add(values[i]);
            }
        }
        return difference;
    };
    // 子集
    this.subset = function(other) {
        if (this.size > other.size) {
            return false;
        } else {
            let values = this.values();
            for (let i = 0; i < values.length; i++) {
                console.log(values[i])
                console.log(other.values())
                if (!other.has(values[i])) {
                    return false;
                }
            }
            return true;
        }
    };
}

module.exports = Set;

写了辣么多一起来测试一下吧

const Set = require('./Set.js');
let set = new Set([2, 1, 3]);
console.log(set.keys());    // [ '1', '2', '3' ]
console.log(set.values());  // [ 1, 2, 3 ]
console.log(set.size);      // 3
set.delete(1);
console.log(set.values());  // [ 2, 3 ]
set.clear();
console.log(set.size);      // 0

// 并集
let a = [1, 2, 3];
let b = new Set([4, 3, 2]);
let union = new Set(a).union(b).values();
console.log(union);     // [ 1, 2, 3, 4 ]

// 交集
let c = new Set([4, 3, 2]);
let intersect = new Set([1,2,3]).intersect(c).values();
console.log(intersect); // [ 2, 3 ]

// 差集
let d = new Set([4, 3, 2]);
let difference = new Set([1,2,3]).difference(d).values();
// [1,2,3]和[4,3,2]的差集是1
console.log(difference);    // [ 1 ]

目前为止我们用集合这种数据结构就实现了类似ES6中Set类,上面的使用方法也基本一样,大家可以之后有时间的话动手去敲一敲看一看,走过路过不能错过

既然我们已经完成了Set的实现,那么好事要成双,一鼓作气再把Map也一起写出来,天了撸的,开始

字典

在数据结构还有一种结构叫做字典,它就是实现基于ES6中的Map类的结构

那么集合又和字典有什么区别呢:

  • 共同点:集合、字典可以存储不重复的值
  • 不同点:集合是以[值,值]的形式存储元素,字典是以[键,值]的形式存储

所以这一下让我们明白了,Map其实的主要用途也是用于存储数据的,相比于Object只提供“字符串—值”的对应,Map提供了“值—值”的对应。也就是说如果你需要“键值对”的数据结构,Map比Object更合适

下面来看一下基本使用:

const m = new Map();
const o = {p: 'Hello World'};
m.set(o, 'content')
m.get(o) // "content"

m.has(o) // true
m.delete(o) // true
m.has(o) // false

以上是Map的基本使用,还有更多有用的方法稍后会随着实现的深入分别展示

Map的属性和方法

属性:

  • size:返回字典所包含的元素个数

操作方法:

  • set(key, val): 向字典中添加新元素
  • get(key):通过键值查找特定的数值并返回
  • has(key):如果键存在字典中返回true,否则false
  • delete(key): 通过键值从字典中移除对应的数据
  • clear():将这个字典中的所有元素删除

遍历方法:

  • keys():将字典中包含的所有键名以数组形式返回
  • values():将字典中包含的所有数值以数组形式返回
  • forEach():遍历字典的所有成员

知道了都有哪些属性和方法,那就闲言少叙,开始创建一个字典吧

创建一个字典

function Map() {
    let items = {};
}

module.exports = Map;   // 导出

创建好了字典这个骨架,那就开始添加一些方法了

has方法

首当其冲的当然是has了,因为在set和get里都会用到,实现思路和之前写的集合也很类似

function Map() {
    let items = {};
    // has(key)方法
    this.has = function(val) {
        return items.hasOwnProperty(val);
    };
}

实现了has方法后,我们可以来判断字典中是否包含该属性了,继续来实现其他方法

set和get方法

    // set(key, val)方法
    // set相同key时,后面声明的会覆盖前面
    // 如: new Map().set({}, 'a')
    this.set = function(key, val) {
        items[key] = val;   
    };
    // get(key)方法
    this.get = function(key) {
        // 判断是否有key,如果有的话直接返回对应的值
        // 如果读取一个未知的键,则返回undefined
        return this.has(key) ? items[key] : undefined;
    };

set和get方法写好了,再接着搞delete和clear方法,不废话,看

delete和clear方法

    // delete(key)方法
    this.delete = function(key) {
        if (this.has(key)) {    // 如果有key值
            delete items[key];  // 直接删掉items上对应的属性
            this.size--;        // 让size总数减1
            return true;
        }
        return false;
    };
    // clear()方法
    this.clear = function() {
        items = {};
        this.size = 0;
    };

上面把属性和操作方法都分别完成了,还剩下最后的遍历方法了,继续写下去,坚持到底就是胜利,各位看官也不容易了,加油加油!!!

遍历方法(keys,values,forEach)

    // keys()方法
    this.keys = function() {
        return Object.keys(items);
    };
    // values()方法
    this.values = function() {
        return Object.values(items);  
    };
    // forEach(fn, context)方法
    this.forEach = function(fn, context) {
        for (let i = 0; i < this.size; i++) {
            let key = Object.keys(items)[i];
            let value = Object.values(items)[i];
            fn.call(context, value, key, items);
        }
    };

Now终于完成了Map类的实现,我给大家贴一下完整代码和测试用例,供大家空闲时间来研究分析分析

Map完整实现

function Map() {
    let items = {};
    this.size = 0;

    // 操作方法
    // has方法
    this.has = function(val) {
        return items.hasOwnProperty(val);
    };
    // set(key, val)方法
    this.set = function(key, val) {
        items[key] = val;
        this.size++;
    };
    // get(key)方法
    this.get = function(key) {
        return this.has(key) ? items[key] : undefined;
    };
    // delete(key)方法
    this.delete = function(key) {
        if (this.has(key)) {
            delete items[key];
            this.size--;
            return true;
        }
        return false;
    };
    // clear()方法
    this.clear = function() {
        items = {};
        this.size = 0;
    };
    // 遍历方法
    // keys()方法
    this.keys = function() {
        return Object.keys(items);
    };
    // values()方法
    this.values = function() {
        return Object.values(items);
    };
    // forEach(fn, context)方法
    this.forEach = function(fn, context) {
        for (let i = 0; i < this.size; i++) {
            let key = Object.keys(items)[i];
            let value = Object.values(items)[i];
            fn.call(context, value, key, items);
        }
    };
}

module.exports = Map;

再来看看下面的测试栗子

    // map.js
    // 使用Map类
    const Map = require('./Map.js');
    let m = new Map();
    m.set('Jay', 'Jay的Chou');
    m.set(true, '真的');
    console.log(m.has('Chou'));  // false
    console.log(m.size);        // 2
    console.log(m.keys());      // [ 'Jay', 'true' ]
    console.log(m.values());    // [ 'Jay的Chou', '真的' ]
    console.log(m.get('jay'));  // undefined
    
    m.delete(true);
    console.log(m.keys());      // [ 'Jay' ]
    console.log(m.values());    // [ 'Jay的Chou' ]

这不是总结

最后的战役,做个非正式的总结吧

根据集合和字典这两种数据结构实现了类似ES6的Set和Map数据结构。

但其实完成的还不完善,还有一些方法需要大家一起再去思考一下

这里我只是用集合和字典来给大家牵个头,也希望大家看完后可以集思广益的去实现一下

OK,那么感谢大家的观看了,前面都是废话,这才是真心的,哈哈

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