JavaScript面试之如何实现数组拍平（扁平化）方法

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1 什么叫数组拍平？

概念很简单，意思是将一个“多维”数组降维，比如：

// 原数组是一个“三维”数组
const array = [1, 2, [3, 4, [5, 6], 7], 8, 9]
 
// 可以降成二维
newArray1 = [1, 2, 3, 4, [5, 6], 7, 8, 9]
 
// 也可以降成一维
newArray2 = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

数组拍平也称数组扁平化、数组降维。

2 JS标准库中的数组拍平方法

JavaScript标准库中已经实现了数组拍平方法Array.prototype.flat()

flat() 方法会按照一个可指定的深度递归遍历数组，并将所有元素与遍历到的子数组中的元素合并为一个新数组返回。

语法：var newArray = arr.flat([depth])

参数：depth为可选值，表示要遍历多维数组的深度，默认值为1。可以理解为想要展开（或者说降维）的层数。

返回值：遍历到的元素和子数组的元素组合成的新数组

举例：

const array = [1, 2, [3, 4, [5, 6], 7], 8, 9]
const newArray1 = array.flat() // 等价于array.flat(1)；降1维
// newArray1: [1, 2, 3, 4, [ 5, 6 ], 7, 8, 9]
 
const newArray2 = array.flat(2) // 降2维
// newArray2：[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

特殊：

depth<=0时，返回的数组和原数组维数一样（注意只是维数一样，空位情况见第3点）

const array = [1, 2, [3, 4, [5, 6], 7], 8, 9]
array.flat(-1)
// [1, 2, [3, 4, [5, 6], 7], 8, 9]

depth=Infinity，返回的数组变成一维

array.flat(Infinity)
// [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

原数组有空位，flat方法会消除空位，即使是flat(0)也会消除空位，所以第1点说的是“只是维数一样”。并且flat方法展开到哪一层，空位就会消除到哪一层，再深层的空位不会消除

const array1 = [1, , 2, [3, ,4, [5, 6], 7], 8, 9] 
// 注意这个数组有两个空位
array.flat(0)
// [ 1, 2, [ 3,  ，4, [ 5, 6 ], 7 ], 8, 9 ]
// 第一个空位没了，第二个空位还在

3 实现一个flat方法

flat方法展开一层（降1维）的步骤：遍历数组，判断当前元素是否为数组，如果不是数组，直接保存；如果是数组，将其展开后保存

flat方法展开多层（降多维）无非就是在展开一层的基础上，使用递归将数组子元素进行同样的操作。

可以将这个方法拆分成三步：

1、如何遍历数组

2、如何判断元素是否为数组

3、递归

实现上述三步，将他们组合起来就可以得到不同的flat实现

3.1 如何遍历一个数组

方法特别多，这里介绍3类：

1、for相关

for 循环
for...of

for...in是为遍历对象属性而构建的，不建议与数组一起使用

const array = [1, 2, [3, 4, [5, 6], 7], 8, 9]
// for循环
for (let i = 0; i < array.length; i++) {
    const element = array[i];
}
// for...of
for (const element of array) {
    
}

2、数组方法：能直接取到数组元素的方法

forEach()
reduce()
map()

// forEach()
array.forEach(element => {
    
});
// reduce()
array.reduce((pre, cur) => {
    const element = cur
}, [])
// map()
array.map(element => {
  
})

3、数组方法：返回遍历器(Iterator)对象的方法

keys()
values()
entries()

// 这三种方式仅仅是获得遍历器对象，还需搭配for...of来进行遍历
// keys()
for (let i of array.keys()) {
  const element = array[i]
}
// values()
for (let element of array.values() ) {
  
}
// entries()
for (let [i, element] of array.entries()) {
  console.log(array[i])
  console.log(element)
}

3.2 如何判断元素是否为数组

设有一变量a，判断其是否为数组。这里提供4种方法：

Array有一个静态方法Array.isArray()用于判断某个变量是否是一个数组
instanceof运算符用于检测构造函数的 prototype 属性是否出现在某个实例对象的原型链上。
若a是数组，则其原型链上会出现Array.prototype
通过对象的constructor判断（此方法可能失效，因为constructor可以手动更改）
通过Object.prototype.toString()来判断，该方法可以返回一个表示该对象的字符串

// 方法1
Array.isArray(a)
// 方法2
a instanceof Array
// 方法3
a.constructor === Array
// 方法4
// 使用call来调用Object.prototype上的toString方法
Object.prototype.toString.call(a) === '[object Array]'
 
// 不能这么判断，因为这个toString已经覆盖了Object.prototype.toString
// 只有Object.prototype.toString能正确判断类型
a.toString()

3.3 递归

递归：对子元素进行同样的操作

function flat() {
  let res = []
  遍历数组 {
    if (当前元素是数组) {
      flat(当前元素)得到一维数组
      将一维数组拼接到res中
    } else {
      res.push(当前元素)
    }
  }
  return res
}

3.4 初步实现flat方法

挑选遍历方式和判断数组的方式，搭配递归就可以初步实现flat方法，如：

function myFlat(arr) {
  let res = [];
  for (const item of arr) {
    if (Array.isArray(item)) {
      res = res.concat(myFlat(item));
      // 注意concat方法返回一个新数组，不会改变原数组
    } else {
      res.push(item);
    }
  }
  return res;
}

myFlat方法可以实现将"多维"数组拉平成一维数组，但是不能指定展开深度depth，并且也无法处理数组空位

4 优化

4.1 指定展开深度

处理展开深度其实很简单，我们可以增设一个递归终止条件，即depth<=0，代码如下：

function myFlat(arr, depth = 1) {
  // 若depth<=0，则直接返回
  if (depth <= 0) {
      return arr
  }
  let res = [];
  for (const item of arr) {
    if (Array.isArray(item)) {
      // 每次递归调用，将depth-1
      res = res.concat(myFlat(item, depth - 1));
    } else {
      res.push(item);
    }
  }
  return res;
}

4.2 数组空位处理

事实上我们应该尽量避免出现数组空位的情况

前面我们提到了遍历数组的不同方法，它们对于数组空位的处理不尽相同

其中forEach、reduce、map遍历时遇到空位会直接忽略；而for...of则不会忽略，它遇到空位会将其当作undefined处理

4.2.1 for...of增加空位判断

因此我们需要改进for...of遍历数组的myFlat方法：

function myFlat(arr, depth = 1) {
  if (depth <= 0) {
    return arr;
  }
  let res = [];
  for (const item of arr) {
    if (Array.isArray(item)) {
      res = res.concat(myFlat(item, depth - 1));
    } else {
      // 判断数组空位
      item !== undefined && res.push(item);
    }
  }
  return res;
}

4.2.2 forEach、map方法遍历

当然也可以使用forEach、map方法来遍历数组，这样就不用手动判断了

但是这里有一个特殊情况需要考虑，就是当depth <= 0时，我们用filter方法来消除数组空位

// forEach
function myFlat(arr, depth = 1) {
  if (depth <= 0) {
    return arr.filter(item => item !== undefined);
  }
  let res = [];
  arr.forEach((item) => {
    if (Array.isArray(item)) {
      res = res.concat(myFlat(item, depth - 1));
    } else {
      res.push(item);
    }
  });
  return res;
}
 
// map
function myFlat(arr, depth = 1) {
  if (depth <= 0) {
    return arr.filter(item => item !== undefined);
  }
  let res = [];
  arr.map((item) => {
    if (Array.isArray(item)) {
      res = res.concat(myFlat(item, depth - 1));
    } else {
      res.push(item);
    }
  });
  return res;
}

4.2.3 reduce方法

其中，使用reduce方法实现的最为简洁，也是面试中常考的方法之一

function myFlat(arr, depth = 1) {
  return depth > 0
    ? arr.reduce(
        (pre, cur) =>
          pre.concat(Array.isArray(cur) ? myFlat(cur, depth - 1) : cur),
        []
      )
    : arr.filter((item) => item !== undefined);
}

5 其他

5.1 栈

理论上，递归方法通常可以转换成非递归方法，即使用栈

function myFlat(arr) {
  let res = [];
  const stack = [].concat(arr);
  while (stack.length > 0) {
    const item = stack.pop();
    if (Array.isArray(item)) {
      // 用扩展运算符展开一层
      stack.push(...item);
    } else {
      item !== undefined && res.unshift(item);
    }
  }
  return res;
}

但是此方法不能指定展开深度，只能彻底展开成一维数组

5.2 改进

针对栈不能指定展开深度的缺点进行改进，代码如下：

function myFlat(arr, depth = 1) {
  if (depth <= 0) {
    return arr.filter((item) => item !== undefined);
  }
  let res;
  let queue = [].concat(arr);
  while (depth > 0) {
    res = [];
    queue.forEach((item) => {
      if (Array.isArray(item)) {
        // 注意用扩展运算符将数组展开前先用filter方法去掉空位
        res.push(...item.filter((e) => e !== undefined));
      } else {
        res.push(item);
      }
    });
    depth--;
    queue = res;
  }
  return res;
}