JavaScript中，不应该用数组实现Queue

Posted 2022-10-27 有数可据

今天遇到一件有趣的事情，一开始，我只是一不小心，用了shift/unshift实现stack。最后却得出了一个结论，不应该用数组实现Queue。这点恐怕和社区里很多人的做法相左。不过，我实现的Queue，比用数组实现快一倍。如果你在乎性能，可以参考一下。

现象

今天做leetcode，用了shift/unshift实现stack，结果很慢。

/**
 * @param number[] temperatures
 * @return number[]
 */
function dailyTemperatures (temperatures) 
    const n = temperatures.length;
    const stack = [0];
    const ans = Array(n).fill(0);
    for (let i = 1; i<n;i++) 
        while (stack.length>0 && temperatures[i] > temperatures[stack[stack.length-1]])
            const previous = stack.shift();
            ans[previous] = i - previous;
        
        stack.unshift(i);
    
    return ans;

我一直想不通，和速度最快的答案比较，发现唯一的区别就是别人用的是pop/push。于是改成了pop/push，结果马上就变快了。

/**
 * @param number[] temperatures
 * @return number[]
 */
function dailyTemperatures (temperatures) 
    const n = temperatures.length;
    const stack = [0];
    const ans = Array(n).fill(0);
    for (let i = 1; i<n;i++) 
        while (stack.length>0 && temperatures[i] > temperatures[stack[stack.length-1]])
            const previous = stack.pop();
            ans[previous] = i - previous;
        
        stack.push(i);
    
    return ans;

分析

我想不通为什么会有这么大的差别。如果javascript的内部是ListNode。那么用pop/push是在尾部操作，用shift/unshift是在头部操作。两者都需要添加一个ListNode。区别就是，在头部插入，需要让head指针指向新插入的ListNode，或者第二个ListNode。也许就是这么一个小的操作，导致shift/unshift比pop/push慢吧。

查了stackoverflow，答案是

To remove the returned item without re-addressing the array and invalidating all references to it, shift() requires moving the entire array around; pop() can simply subtract 1 from its length.

原来是这样的，增减头，导致所有的元素的编号都要重新计算。这就是JavaScript array的问题了。在这个数据类型中，实现了太多的功能。导致于，我明明只需要使用stack的功能，但是其内部却在给我计算index。

那么，新的问题来了，用array实现stack，可以避开re-indexing。但是如果要实现queue，那无论如何都无法避开了。

证实，并实现快速的Queue

为了证实我的猜测，我们再拿一道leetcode做实验。这里，我们用 1823. Find the Winner of the Circular Game.

我们先用javascript的array实现。

/**
 * @param number n
 * @param number k
 * @return number
 */
function findTheWinner (n, k) 
    const q = [];
    for(let i=0;i<n;i++) 
        q.push(i+1);
    

    let count = 1;
    while(q.length > 1) 
        const v = q.shift();
        if (count % k !== 0)
            q.push(v);
        
        count++;
    

    return q[0];

然后，我们自己实现一个Queue。

const Queue = function () 
    this.first = null;
    this.last = null;
    this.size = 0;
;

const Node = function (data) 
    this.data = data;
    this.next = null;
;

Queue.prototype.enqueue = function (data) 
    const node = new Node(data);
    if(this.last) 
        this.last.next = node;
        this.last = node;
    

    if (!this.first) 
        this.first = node;
        this.last = node;
    

    this.size += 1;
    return node;
;

Queue.prototype.dequeue = function () 
    temp = this.first;
    this.first = this.first.next;
    if (!this.first) 
        this.last = null;
    
    this.size -= 1;
    return temp.data;
;

/**
 * @param number n
 * @param number k
 * @return number
 */
function findTheWinner(n, k) 
    const q = new Queue();
    for (let i = 0; i < n; i++) 
        q.enqueue(i + 1);
    

    let count = 1;
    while (q.size > 1) 
        const v = q.dequeue();
        if (count % k !== 0) 
            q.enqueue(v);
        
        count++;
    

    return q.dequeue();

我们再次提交到leetcode，这时，速度已经快了一倍。

class的写法

在leetcode提交的时候，无法使用class，报错说已经被定义了。我print了一下它自定义的class，里面还是用的数组。我就没继续研究了。

class Node 
    constructor(val) 
        this.val = val;
        this.next = null;
    


class Queue
    constructor()
        this.first = null;
        this.last = null;
        this.size = 0;
    

    enqueue (val) 
        const node = new Node(val);
        if(this.last) 
            this.last.next = node;
            this.last = node;
        
    
        if (!this.first) 
            this.first = node;
            this.last = node;
        
    
        this.size += 1;
        return node;
    

    dequeue() 
        const temp = this.first;
        this.first = this.first.next;
        if (!this.first) 
            this.last = null;
        
        this.size -= 1;
        return temp.val;
    

号外

当然这道题本身的最佳答案并不是使用Queue，我用这道题Queue测试，是因为他用Queue比较多。

另外，我前几天买了leetcode会员，所以可以短时间反复提交，还是有点用的。一天才8元，也不贵。（希望CSDN不要把本文自动识别成广告）

总结

在Javascript中，用数组实现了多种功能（相当于其他语言里的Array， List， Queue， Stack），导致了一些无谓的浪费。尤其对于Queue来说，用数组实现Queue，造成每次Enqueue的时候，无端地重算数组下标。在追求速度地场景中，只能自己实现Queue了。或者找一找第三方库。