列表 - 技术栈

列表

列表是一个抽象的数据结构概念，它表示元素的有序集合，支持元素访问、修改、添加、删除和遍历等操作，无须考虑容量限制的问题。列表可以基于链表或数组实现。

链表天然可以看作一个列表，其支持元素增删查改操作，并且可以灵活动态扩容。
数组也支持元素增删查改，但由于其长度不可变，因此只能看作一个具有长度限制的列表。

当使用数组实现列表时，长度不可变的性质会导致列表的实用性降低。所以往往会选择链表实现列表。

列表常用操作

初始化列表

我们通常使用"无初始值"和"有初始值"这两种初始化方法

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/* 初始化列表 */
// 无初始值
nums1 := []int{}
// 有初始值
nums := []int{1, 3, 2, 5, 4}

访问元素

列表本质上是数组，因此可以在O(1)时间内访问和更新元素，效率很高。

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/* 访问元素 */
num := nums[1]  // 访问索引 1 处的元素

/* 更新元素 */
nums[1] = 0     // 将索引 1 处的元素更新为 0

插入与删除元素

列表可以自由地添加与删除元素。在列表尾部添加元素的时间复杂度为O(1)，但插入和删除元素的效率仍与数组相同，时间复杂度为O(n)。

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/* 清空列表 */
nums = nil

/* 在尾部添加元素 */
nums = append(nums, 1)
nums = append(nums, 3)
nums = append(nums, 2)
nums = append(nums, 5)
nums = append(nums, 4)

/* 在中间插入元素 */
nums = append(nums[:3], append([]int{6}, nums[3:]...)...) // 在索引 3 处插入数字 6

/* 删除元素 */
nums = append(nums[:3], nums[4:]...) // 删除索引 3 处的元素

遍历列表

与数组一样，列表可以根据索引遍历，也可以直接遍历各元素。

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/* 通过索引遍历列表 */
count := 0
for i := 0; i < len(nums); i++ {
    count += nums[i]
}

/* 直接遍历列表元素 */
count = 0
for _, num := range nums {
    count += num
}

拼接列表

给定一个新列表 nums1 ，我们可以将其拼接到原列表的尾部。

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/* 拼接两个列表 */
nums1 := []int{6, 8, 7, 10, 9}
nums = append(nums, nums1...)  // 将列表 nums1 拼接到 nums 之后

排序列表

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/* 排序列表 */
sort.Ints(nums)  // 排序后，列表元素从小到大排列

列表实现

我们实现一个简易版列表，包括以下三个重点设计。

初始容量：选取一个合理的数组初始容量。在本示例中，我们选择 10 作为初始容量。
数量记录 ：声明一个变量 size ，用于记录列表当前元素数量，并随着元素插入和删除实时更新。根据此变量，我们可以定位列表尾部，以及判断是否需要扩容。
扩容机制：若插入元素时列表容量已满，则需要进行扩容。先根据扩容倍数创建一个更大的数组，再将当前数组的所有元素依次移动至新数组。在本示例中，我们规定每次将数组扩容至之前的 2 倍。

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/* 列表类 */
type myList struct {
    arrCapacity int
    arr         []int
    arrSize     int
    extendRatio int
}

/* 构造函数 */
func newMyList() *myList {
    return &myList{
        arrCapacity: 10,              // 列表容量
        arr:         make([]int, 10), // 数组（存储列表元素）
        arrSize:     0,               // 列表长度（当前元素数量）
        extendRatio: 2,               // 每次列表扩容的倍数
    }
}

/* 获取列表长度（当前元素数量） */
func (l *myList) size() int {
    return l.arrSize
}

/*  获取列表容量 */
func (l *myList) capacity() int {
    return l.arrCapacity
}

/* 访问元素 */
func (l *myList) get(index int) int {
    // 索引如果越界，则抛出异常，下同
    if index < 0 || index >= l.arrSize {
        panic("索引越界")
    }
    return l.arr[index]
}

/* 更新元素 */
func (l *myList) set(num, index int) {
    if index < 0 || index >= l.arrSize {
        panic("索引越界")
    }
    l.arr[index] = num
}

/* 在尾部添加元素 */
func (l *myList) add(num int) {
    // 元素数量超出容量时，触发扩容机制
    if l.arrSize == l.arrCapacity {
        l.extendCapacity()
    }
    l.arr[l.arrSize] = num
    // 更新元素数量
    l.arrSize++
}

/* 在中间插入元素 */
func (l *myList) insert(num, index int) {
    if index < 0 || index >= l.arrSize {
        panic("索引越界")
    }
    // 元素数量超出容量时，触发扩容机制
    if l.arrSize == l.arrCapacity {
        l.extendCapacity()
    }
    // 将索引 index 以及之后的元素都向后移动一位
    for j := l.arrSize - 1; j >= index; j-- {
        l.arr[j+1] = l.arr[j]
    }
    l.arr[index] = num
    // 更新元素数量
    l.arrSize++
}

/* 删除元素 */
func (l *myList) remove(index int) int {
    if index < 0 || index >= l.arrSize {
        panic("索引越界")
    }
    num := l.arr[index]
    // 将索引 index 之后的元素都向前移动一位
    for j := index; j < l.arrSize-1; j++ {
        l.arr[j] = l.arr[j+1]
    }
    // 更新元素数量
    l.arrSize--
    // 返回被删除的元素
    return num
}

/* 列表扩容 */
func (l *myList) extendCapacity() {
    // 新建一个长度为原数组 extendRatio 倍的新数组，并将原数组复制到新数组
    l.arr = append(l.arr, make([]int, l.arrCapacity*(l.extendRatio-1))...)
    // 更新列表容量
    l.arrCapacity = len(l.arr)
}

/* 返回有效长度的列表 */
func (l *myList) toArray() []int {
    // 仅转换有效长度范围内的列表元素
    return l.arr[:l.arrSize]
}