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【譯】JavaScript數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(3):?jiǎn)蜗蜴湵砼c雙向鏈表

Chiclaim / 832人閱讀

摘要:計(jì)算機(jī)科學(xué)中最常見的兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是單鏈表和雙鏈表。雙向鏈表雙向鏈表具有單鏈表的所有功能,并將其擴(kuò)展為在鏈表中可以進(jìn)行雙向遍歷。雙向鏈表的操作我們的鏈表將包括兩個(gè)構(gòu)造函數(shù)和。與單鏈表不同,雙向鏈表包含對(duì)鏈表開頭和結(jié)尾節(jié)點(diǎn)的引用。

翻譯:瘋狂的技術(shù)宅
英文:https://code.tutsplus.com/art...
說(shuō)明:本文翻譯自系列文章《Data Structures With JavaScript》,總共為四篇,原作者是在美國(guó)硅谷工作的工程師 Cho S. Kim 。這是本系列的第三篇。

說(shuō)明:本專欄文章首發(fā)于公眾號(hào):jingchengyideng 。

計(jì)算機(jī)科學(xué)中最常見的兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是單鏈表和雙鏈表。

在我學(xué)習(xí)這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的時(shí)候,曾經(jīng)問(wèn)我的同伴在生活中有沒(méi)有類似的概念。我所聽到的例子是購(gòu)物清單和火車。但是我最終明白了,這些類比是不準(zhǔn)確的,購(gòu)物清單更類似隊(duì)列,火車則更像是一個(gè)數(shù)組。

隨著時(shí)間的推移,我終于發(fā)現(xiàn)了一個(gè)能夠準(zhǔn)確類比單鏈表和雙向鏈表的例子:尋寶游戲。 如果你對(duì)尋寶游戲和鏈表之間的關(guān)系感到好奇,請(qǐng)繼續(xù)往下讀。

單鏈表

在計(jì)算機(jī)科學(xué)中,單鏈表是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),保存了一系列鏈接的節(jié)點(diǎn)。 每個(gè)節(jié)點(diǎn)中包含數(shù)據(jù)和一個(gè)可指向另一個(gè)節(jié)點(diǎn)的指針。

單鏈列表的節(jié)點(diǎn)非常類似于尋寶游戲中的步驟。 每個(gè)步驟都包含一條消息(例如“您已到達(dá)法國(guó)”)和指向下一步驟的指針(例如“訪問(wèn)這些經(jīng)緯度坐標(biāo)”)。 當(dāng)我們開始對(duì)這些多帶帶的步驟進(jìn)行排序并形成一系列步驟時(shí),就是在玩一個(gè)尋寶游戲。

現(xiàn)在我們對(duì)單鏈表有了一個(gè)基本的概念,接下來(lái)討論單鏈表的操作

單鏈表的操作

因?yàn)閱捂湵戆?jié)點(diǎn),這兩者的構(gòu)造函數(shù)可以是兩個(gè)獨(dú)立的構(gòu)造函數(shù),所以我們需要些構(gòu)造函數(shù):NodeSinglyList

Node

data 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)

next 指向鏈表中下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的指針

SinglyList

_length 用于表示鏈表中的節(jié)點(diǎn)數(shù)量

head 分配一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為鏈表的頭

add(value) 向鏈表中添加一個(gè)節(jié)點(diǎn)

searchNodeAt(position) 找到在列表中指定位置 n 上的節(jié)點(diǎn)

remove(position) 刪除指定位置的節(jié)點(diǎn)

單鏈表的實(shí)現(xiàn)

在實(shí)現(xiàn)時(shí),我們首先定義一個(gè)名為Node的構(gòu)造函數(shù),然后定義一個(gè)名為SinglyList的構(gòu)造函數(shù)。

Node 的每個(gè)實(shí)例都應(yīng)該能夠存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并且能夠指向另外一個(gè)節(jié)點(diǎn)。 要實(shí)現(xiàn)此功能,我們將分別創(chuàng)建兩個(gè)屬性:datanext

function Node(data) {
    this.data = data;
    this.next = null;
}

下一步我們定義SinglyList:

function SinglyList() {
    this._length = 0;
    this.head = null;
}

SinglyList 的每個(gè)實(shí)例有兩個(gè)屬性:_lengthhead。前者保存鏈表中的節(jié)點(diǎn)數(shù),后者指向鏈表的頭部,鏈表前面的節(jié)點(diǎn)。由于新創(chuàng)建的singlylist實(shí)例不包含任何節(jié)點(diǎn),所以head的默認(rèn)值是null_length的默認(rèn)值是 0

單鏈表的方法

我們需要定義可以從鏈表中添加、查找和刪除節(jié)點(diǎn)的方法。先從添加節(jié)點(diǎn)開始。

方法1/3: add(value)

太棒了,現(xiàn)在我們來(lái)實(shí)現(xiàn)將節(jié)點(diǎn)添加到鏈表的功能。

SinglyList.prototype.add = function(value) {
    var node = new Node(value),
        currentNode = this.head;
 
    // 1st use-case: an empty list 
    if (!currentNode) {
        this.head = node;
        this._length++;
         
        return node;
    }
 
    // 2nd use-case: a non-empty list
    while (currentNode.next) {
        currentNode = currentNode.next;
    }
 
    currentNode.next = node;
 
    this._length++;
     
    return node;
};

把節(jié)點(diǎn)添加到鏈表會(huì)涉及很多步驟。先從方法開始。 我們使用add(value)的參數(shù)來(lái)創(chuàng)建一個(gè)節(jié)點(diǎn)的新實(shí)例,該節(jié)點(diǎn)被分配給名為node的變量。我們還聲明了一個(gè)名為currentNode的變量,并將其初始化為鏈表的_head。 如果鏈表中還沒(méi)有節(jié)點(diǎn),那么head的值為null

實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)之后,我們將處理兩種情況。

第一種情況考慮將節(jié)點(diǎn)添加到空的鏈表中,如果head沒(méi)有指向任何節(jié)點(diǎn)的話,那么將該node指定為鏈表的頭,同時(shí)鏈表的長(zhǎng)度加一,并返回node

第二種情況考慮將節(jié)點(diǎn)添加到飛空鏈表。我們進(jìn)入while循環(huán),在每次循環(huán)中,判斷currentNode.next是否指向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。(第一次循環(huán)時(shí),CurrentNode指向鏈表的頭部。)

如果答案是否定的,我們會(huì)把currentnode.next指向新添加的節(jié)點(diǎn),并返回node

如果答案是肯定的,就進(jìn)入while循環(huán)。 在循環(huán)體中,我們將currentNode重新賦值給currentNode.next。 重復(fù)這個(gè)過(guò)程,直到currentNode.next不再指向任何。換句話說(shuō),currentNode指向鏈表中的最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

while循環(huán)結(jié)束后,使currentnode.next指向新添加的節(jié)點(diǎn),同時(shí)_length加1,最后返回node

方法2/3: searchNodeAt(position)

現(xiàn)在我們可以將節(jié)點(diǎn)添加到鏈表中了,但是還沒(méi)有辦法找到特定位置的節(jié)點(diǎn)。下面添加這個(gè)功能。創(chuàng)建一個(gè)名為searchNodeAt(position) 的方法,它接受一個(gè)名為 position 的參數(shù)。這個(gè)參數(shù)是個(gè)整數(shù),用來(lái)表示鏈表中的位置n。

SinglyList.prototype.searchNodeAt = function(position) {
    var currentNode = this.head,
        length = this._length,
        count = 1,
        message = {failure: "Failure: non-existent node in this list."};
 
    // 1st use-case: an invalid position 
    if (length === 0 || position < 1 || position > length) {
        throw new Error(message.failure);
    }
 
    // 2nd use-case: a valid position 
    while (count < position) {
        currentNode = currentNode.next;
        count++;
    }
 
    return currentNode;
};

if中檢查第一種情況:參數(shù)非法。

如果傳給searchNodeAt(position)的索引是有效的,那么我們執(zhí)行第二種情況 —— while循環(huán)。 在while的每次循環(huán)中,指向頭的currentNode被重新指向鏈表中的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

這個(gè)循環(huán)不斷執(zhí)行,一直到count等于position

方法3/3: remove(position)

最后一個(gè)方法是remove(position)

SinglyList.prototype.remove = function(position) {
    var currentNode = this.head,
        length = this._length,
        count = 0,
        message = {failure: "Failure: non-existent node in this list."},
        beforeNodeToDelete = null,
        nodeToDelete = null,
        deletedNode = null;
 
    // 1st use-case: an invalid position
    if (position < 0 || position > length) {
        throw new Error(message.failure);
    }
 
    // 2nd use-case: the first node is removed
    if (position === 1) {
        this.head = currentNode.next;
        deletedNode = currentNode;
        currentNode = null;
        this._length--;
         
        return deletedNode;
    }
 
    // 3rd use-case: any other node is removed
    while (count < position) {
        beforeNodeToDelete = currentNode;
        nodeToDelete = currentNode.next;
        count++;
    }
 
    beforeNodeToDelete.next = nodeToDelete.next;
    deletedNode = nodeToDelete;
    nodeToDelete = null;
    this._length--;
 
    return deletedNode;
};

我們要實(shí)現(xiàn)的remove(position)涉及三種情況:

無(wú)效的位置作為參數(shù)傳遞。

第一個(gè)位置(鏈表的的`head)作為參數(shù)的傳遞。

一個(gè)合法的位置(不是第一個(gè)位置)作為參數(shù)的傳遞。

前兩種情況是最簡(jiǎn)單的處理。 關(guān)于第一種情況,如果鏈表為空或傳入的位置不存在,則會(huì)拋出錯(cuò)誤。

第二種情況處理鏈表中第一個(gè)節(jié)點(diǎn)的刪除,這也是頭節(jié)點(diǎn)。 如果是這種情況,就執(zhí)行下面的邏輯:

頭被重新賦值給currentNode.next

deletedNode指向currentNode

currentNode被重新賦值為null。

將的鏈表的長(zhǎng)度減1。

返回deletedNode

第三種情況是最難理解的。 其復(fù)雜性在于我們要在每一次循環(huán)中操作兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的必要性。 在每次循環(huán)中,需要處理要?jiǎng)h除的節(jié)點(diǎn)和它前面的節(jié)點(diǎn)。當(dāng)循環(huán)到要被刪除的位置的節(jié)點(diǎn)時(shí),循環(huán)終止。

在這一點(diǎn)上,我們涉及到三個(gè)節(jié)點(diǎn):
beforeNodeToDelete, nodeToDelete, 和 deletedNode。刪除nodeToDelete之前,必須先把它的next的值賦給beforeNodeToDeletenext,如果不清楚這一步驟的目的,可以提醒自己有一個(gè)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)鏈接其前后的其他節(jié)點(diǎn),只需要?jiǎng)h除這個(gè)節(jié)點(diǎn),就可以把鏈表斷開。

接下來(lái),我們將deletedNode賦值給nodeToDelete。 然后我們將nodeToDelete的值設(shè)置為null,將列表的長(zhǎng)度減1,最后返回deletedNode

單向鏈表的完整實(shí)現(xiàn)

以下是單向鏈表的完整實(shí)現(xiàn):

function Node(data) {
    this.data = data;
    this.next = null;
}
 
function SinglyList() {
    this._length = 0;
    this.head = null;
}
 
SinglyList.prototype.add = function(value) {
    var node = new Node(value),
        currentNode = this.head;
 
    // 1st use-case: an empty list
    if (!currentNode) {
        this.head = node;
        this._length++;
 
        return node;
    }
 
    // 2nd use-case: a non-empty list
    while (currentNode.next) {
        currentNode = currentNode.next;
    }
 
    currentNode.next = node;
 
    this._length++;
     
    return node;
};
 
SinglyList.prototype.searchNodeAt = function(position) {
    var currentNode = this.head,
        length = this._length,
        count = 1,
        message = {failure: "Failure: non-existent node in this list."};
 
    // 1st use-case: an invalid position
    if (length === 0 || position < 1 || position > length) {
        throw new Error(message.failure);
    }
 
    // 2nd use-case: a valid position
    while (count < position) {
        currentNode = currentNode.next;
        count++;
    }
 
    return currentNode;
};
 
SinglyList.prototype.remove = function(position) {
    var currentNode = this.head,
        length = this._length,
        count = 0,
        message = {failure: "Failure: non-existent node in this list."},
        beforeNodeToDelete = null,
        nodeToDelete = null,
        deletedNode = null;
 
    // 1st use-case: an invalid position
    if (position < 0 || position > length) {
        throw new Error(message.failure);
    }
 
    // 2nd use-case: the first node is removed
    if (position === 1) {
        this.head = currentNode.next;
        deletedNode = currentNode;
        currentNode = null;
        this._length--;
         
        return deletedNode;
    }
 
    // 3rd use-case: any other node is removed
    while (count < position) {
        beforeNodeToDelete = currentNode;
        nodeToDelete = currentNode.next;
        count++;
    }
 
    beforeNodeToDelete.next = nodeToDelete.next;
    deletedNode = nodeToDelete;
    nodeToDelete = null;
    this._length--;
 
    return deletedNode;
};
從單鏈表到雙鏈表

我們已經(jīng)完整的實(shí)現(xiàn)了單鏈表,這真是極好的。現(xiàn)在可以在一個(gè)占用費(fèi)連續(xù)的空間的鏈表結(jié)構(gòu)中,進(jìn)行添加、刪除和查找節(jié)點(diǎn)的操作了。

然而現(xiàn)在所有的操作都是從鏈表的起始位置開始,并運(yùn)行到鏈表的結(jié)尾。換句話說(shuō),它們是單向的。

可能在某些情況下我們希望操作是雙向的。如果你考慮了這種可能性,那么你剛才就是描述了一個(gè)雙向鏈表。

雙向鏈表

雙向鏈表具有單鏈表的所有功能,并將其擴(kuò)展為在鏈表中可以進(jìn)行雙向遍歷。 換句話說(shuō),我們可從鏈表中第一個(gè)節(jié)點(diǎn)遍歷到到最后一個(gè)節(jié)點(diǎn);也可以從最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)遍歷到第一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

在本節(jié)中,我們將重點(diǎn)關(guān)注雙向鏈表和單鏈列表之間的差異。

雙向鏈表的操作

我們的鏈表將包括兩個(gè)構(gòu)造函數(shù):NodeDoublyList。看看他們是怎樣運(yùn)作的。

Node

data 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

next 指向鏈表中下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的指針。

previous 指向鏈表中前一個(gè)節(jié)點(diǎn)的指針。

DoublyList

_length 保存鏈表中節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)

head 指定一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為鏈表的頭節(jié)點(diǎn)

tail 指定一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為鏈表的尾節(jié)點(diǎn)

add(value) 向鏈表中添加一個(gè)節(jié)點(diǎn)

searchNodeAt(position) 找到在列表中指定位置 n 上的節(jié)點(diǎn)

remove(position) 刪除鏈表中指定位置上的節(jié)點(diǎn)

雙向鏈表的實(shí)現(xiàn)

現(xiàn)在開始寫代碼!

在實(shí)現(xiàn)中,將會(huì)創(chuàng)建一個(gè)名為Node的構(gòu)造函數(shù):

function Node(value) {
    this.data = value;
    this.previous = null;
    this.next = null;
}

想要實(shí)現(xiàn)雙向鏈表的雙向遍歷,我們需要指向鏈表兩個(gè)方向的屬性。這些屬性被命名為previousnext

接下來(lái),我們需要實(shí)現(xiàn)DoublyList并添加三個(gè)屬性:_lengthheadtail

與單鏈表不同,雙向鏈表包含對(duì)鏈表開頭和結(jié)尾節(jié)點(diǎn)的引用。 由于DoublyList剛被實(shí)例化時(shí)并不包含任何節(jié)點(diǎn),所以headtail的默認(rèn)值都被設(shè)置為null

function DoublyList() {
    this._length = 0;
    this.head = null;
    this.tail = null;
}
雙向鏈表的方法

接下來(lái)我們討論以下方法:add(value), remove(position), 和 searchNodeAt(position)。所有這些方法都用于單鏈表; 然而,它們必須備重寫為可以雙向遍歷。

方法1/3 add(value)
DoublyList.prototype.add = function(value) {
    var node = new Node(value);
 
    if (this._length) {
        this.tail.next = node;
        node.previous = this.tail;
        this.tail = node;
    } else {
        this.head = node;
        this.tail = node;
    }
 
    this._length++;
     
    return node;
};

在這個(gè)方法中,存在兩種可能。首先,如果鏈表是空的,則給它的head tail分配節(jié)點(diǎn)。其次,如果鏈表中已經(jīng)存在節(jié)點(diǎn),則查找鏈表的尾部并把心節(jié)點(diǎn)分配給tail.next;同樣,我們需要配置新的尾部以供進(jìn)行雙向遍歷。換句話說(shuō),我們需要把tail.previous設(shè)置為原來(lái)的尾部。

方法2/3 searchNodeAt(position)

searchNodeAt(position)的實(shí)現(xiàn)與單鏈表相同。 如果你忘記了如何實(shí)現(xiàn)它,請(qǐng)通過(guò)下面的代碼回憶:

DoublyList.prototype.searchNodeAt = function(position) {
    var currentNode = this.head,
        length = this._length,
        count = 1,
        message = {failure: "Failure: non-existent node in this list."};
 
    // 1st use-case: an invalid position 
    if (length === 0 || position < 1 || position > length) {
        throw new Error(message.failure);
    }
 
    // 2nd use-case: a valid position 
    while (count < position) {
        currentNode = currentNode.next;
        count++;
    }
 
    return currentNode;
};
方法3/3 remove(position)

理解這個(gè)方法是最具挑戰(zhàn)性的。我先寫出代碼,然后再解釋它。

DoublyList.prototype.remove = function(position) {
    var currentNode = this.head,
        length = this._length,
        count = 1,
        message = {failure: "Failure: non-existent node in this list."},
        beforeNodeToDelete = null,
        nodeToDelete = null,
        deletedNode = null;
 
    // 1st use-case: an invalid position
    if (length === 0 || position < 1 || position > length) {
        throw new Error(message.failure);
    }
 
    // 2nd use-case: the first node is removed
    if (position === 1) {
        this.head = currentNode.next;
 
        // 2nd use-case: there is a second node
        if (!this.head) {
            this.head.previous = null;
        // 2nd use-case: there is no second node
        } else {
            this.tail = null;
        }
 
    // 3rd use-case: the last node is removed
    } else if (position === this._length) {
        this.tail = this.tail.previous;
        this.tail.next = null;
    // 4th use-case: a middle node is removed
    } else {
        while (count < position) {
            currentNode = currentNode.next;
            count++;
        }
 
        beforeNodeToDelete = currentNode.previous;
        nodeToDelete = currentNode;
        afterNodeToDelete = currentNode.next;
 
        beforeNodeToDelete.next = afterNodeToDelete;
        afterNodeToDelete.previous = beforeNodeToDelete;
        deletedNode = nodeToDelete;
        nodeToDelete = null;
    }
 
    this._length--;
 
    return message.success;
};

remove(position) 處理以下四種情況:

如果remove(position)的參數(shù)傳遞的位置存在, 將會(huì)拋出一個(gè)錯(cuò)誤。

如果remove(position)的參數(shù)傳遞的位置是鏈表的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)(head),將把head賦值給deletedNode ,然后把head重新分配到鏈表中的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。 此時(shí),我們必須考慮鏈表中否存在多個(gè)節(jié)點(diǎn)。 如果答案為否,頭部將被分配為null,之后進(jìn)入if-else語(yǔ)句的if部分。 在if的代碼中,還必須將tail設(shè)置為null —— 換句話說(shuō),我們返回到一個(gè)空的雙向鏈表的初始狀態(tài)。如果刪除列表中的第一個(gè)節(jié)點(diǎn),并且鏈表中存在多個(gè)節(jié)點(diǎn),那么我們輸入if-else語(yǔ)句的else部分。 在這種情況下,我們必須正確地將headprevious屬性設(shè)置為null —— 在鏈表的頭前面是沒(méi)有節(jié)點(diǎn)的。

如果remove(position)的參數(shù)傳遞的位置是鏈表的尾部,首先把tail賦值給deletedNode,然后tail被重新賦值為尾部之前的那個(gè)節(jié)點(diǎn),最后新尾部后面沒(méi)有其他節(jié)點(diǎn),需要將其next值設(shè)置為null

這里發(fā)生了很多事情,所以我將重點(diǎn)關(guān)注邏輯,而不是每一行代碼。 一旦CurrentNode指向的節(jié)點(diǎn)是將要被remove(position)刪除的節(jié)點(diǎn)時(shí),就退出while循環(huán)。這時(shí)我們把nodeToDelete之后的節(jié)點(diǎn)重新賦值給beforeNodeToDelete.next。相應(yīng)的,
nodeToDelete之前的節(jié)點(diǎn)重新賦值給afterNodeToDelete.previous。——換句話說(shuō),我們把指向已刪除節(jié)點(diǎn)的指針,改為指向正確的節(jié)點(diǎn)。最后,把nodeToDelete 賦值為null

最后,把鏈表的長(zhǎng)度減1,返回deletedNode

雙向鏈表的完整實(shí)現(xiàn)
function Node(value) {
    this.data = value;
    this.previous = null;
    this.next = null;
}
 
function DoublyList() {
    this._length = 0;
    this.head = null;
    this.tail = null;
}
 
DoublyList.prototype.add = function(value) {
    var node = new Node(value);
 
    if (this._length) {
        this.tail.next = node;
        node.previous = this.tail;
        this.tail = node;
    } else {
        this.head = node;
        this.tail = node;
    }
 
    this._length++;
 
    return node;
};
 
DoublyList.prototype.searchNodeAt = function(position) {
    var currentNode = this.head,
        length = this._length,
        count = 1,
        message = {failure: "Failure: non-existent node in this list."};
 
    // 1st use-case: an invalid position
    if (length === 0 || position < 1 || position > length) {
        throw new Error(message.failure);
    }
 
    // 2nd use-case: a valid position
    while (count < position) {
        currentNode = currentNode.next;
        count++;
    }
 
    return currentNode;
};
 
DoublyList.prototype.remove = function(position) {
    var currentNode = this.head,
        length = this._length,
        count = 1,
        message = {failure: "Failure: non-existent node in this list."},
        beforeNodeToDelete = null,
        nodeToDelete = null,
        deletedNode = null;
 
    // 1st use-case: an invalid position
    if (length === 0 || position < 1 || position > length) {
        throw new Error(message.failure);
    }
 
    // 2nd use-case: the first node is removed
    if (position === 1) {
        this.head = currentNode.next;
 
        // 2nd use-case: there is a second node
        if (!this.head) {
            this.head.previous = null;
        // 2nd use-case: there is no second node
        } else {
            this.tail = null;
        }
 
    // 3rd use-case: the last node is removed
    } else if (position === this._length) {
        this.tail = this.tail.previous;
        this.tail.next = null;
    // 4th use-case: a middle node is removed
    } else {
        while (count < position) {
            currentNode = currentNode.next;
            count++;
        }
 
        beforeNodeToDelete = currentNode.previous;
        nodeToDelete = currentNode;
        afterNodeToDelete = currentNode.next;
 
        beforeNodeToDelete.next = afterNodeToDelete;
        afterNodeToDelete.previous = beforeNodeToDelete;
        deletedNode = nodeToDelete;
        nodeToDelete = null;
    }
 
    this._length--;
 
    return message.success;
};
總結(jié)

本文中已經(jīng)介紹了很多信息。 如果其中任何地方看起來(lái)令人困惑,就再讀一遍并查看代碼。如果它最終對(duì)你有所幫助,我會(huì)感到自豪。你剛剛揭開了一個(gè)單鏈表和雙向鏈表的秘密,可以把這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)添加到自己的編碼工具彈藥庫(kù)中!

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