数据结构：线性表之链表(单、双)

动态数组的缺点

1. 可能会造成内存空间的大量浪费。

单向链表

1. 链表是一种链式存储的线性表,所有元素的内存地址不一定是连续的。

链表的设计

1. 首先包含一个size：记录元素的个数
2. 其次拥有一个 Node对象，包含element、next的引用
3. 链表类应该 有一个 first(head)的引用。

链表的接口设计

链表的 clear()操作

1. 只需要将 first 引用设置为 null
2. 当 first 元素被 释放后，其 next的引用无效，接着其他元素相继释放。

添加元素

1. 需要将新元素的next的指针指向 prev.next元素，然后将prev.next指向新元素
2. 注意判断是否为第一个节点
3. 我们可以添加一个虚拟头节点，统一所有的操作。

删除元素

1. prev.next 直接指向要删除元素的next元素

public class LinkedList<E> extends AbstractList<E> {

    /**
     * 第一个元素的引用
     */
    private Node<E> first;


    @Override
    public int indexOf(E element) {

        if (element == null) {
            Node<E> node = first;
            for (int i = 0; i < size; i++) {
                if (node.element == null) {
                    return i;
                }
                node = node.next;
            }

        } else {
            Node<E> node = first;
            for (int i = 0; i < size; i++) {
                if (element.equals(node.element)) {
                    return i;
                }
                node = node.next;
            }
        }

        return -1;
    }

    @Override
    public boolean contains(E element) {
        return false;
    }

    @Override
    public E get(int index) {
        return node(index).element;
    }

    /**
     * 在指定的位置设置新值，节点对象不用变，只要重新设置 element即可
     *
     * @param index
     * @param element
     * @return
     */
    public E set(int index, E element) {
        Node<E> node = node(index);
        E oldValue = node.element;
        node.element = element;
        return oldValue;
    }

    @Override
    public void add(E element) {
        add(size, element);
    }

    @Override
    public void add(int index, E element) {

        rangeCheckForAdd(index);

        // 如果index 为0 特殊处理
        if (index == 0) {
            first = new Node<>(element, first);
        } else {

            // prev 的 next成为新 node的next
            // prex 的 next 再指向 新的节点
            Node<E> prev = node(index - 1);
            prev.next = new Node<>(element, prev.next);
        }
        size++;
    }

    @Override
    public E remove(int index) {

        rangeCheck(index);

        Node<E> delNode = first;
        if (index == 0) {
            first = first.next;
        } else {
            Node<E> prev = node(index - 1);
            delNode = prev.next;
            prev.next = delNode.next;
        }
        return delNode.element;
    }

    @Override
    public void clear() {
        first = null;
        size = 0;
    }

    /**
     * 获取index位置对应的节点对象
     *
     * @param index
     * @return
     */
    private Node<E> node(int index) {

        rangeCheck(index);
        Node<E> node = first;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            node = node.next;
        }
        return node;
    }


    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        sb.append("[");

        Node<E> node = first;

        for (int i = 0; i < size; i++) {
            if (i != 0) {
                sb.append(", ");
            }
            sb.append(node.element.toString());
            node = node.next;
        }
        sb.append("]");
        return sb.toString();
    }

    /**
     * 节点对象
     *
     * @param <E>
     */
    private static class Node<E> {
        E element;
        Node<E> next;

        public Node(E element, Node<E> next) {
            this.element = element;
            this.next = next;
        }
    }

}

双向链表

双向链表的实现

public class LinkedList<E> extends AbstractList<E> {

    private Node<E> first;
    private Node<E> last;

    @Override
    public E get(int index) {
        return node(index).element;
    }

    @Override
    public E set(int index, E element) {
        rangeCheck(index);
        Node<E> node = node(index);
        E oldValue = node.element;
        node.element = element;
        return oldValue;
    }

    @Override
    public void add(E element) {
        add(size, element);
    }

    @Override
    public void add(int index, E element) {
        rangeCheckForAdd(index);

        // 要么是插入最后的元素，要么是插入第一个元素
        if (index == size) {
            // 从最后一个元素的角度考虑
            Node<E> oldLast = last;
            last = new Node<>(element, oldLast, null);
            if (oldLast == null) {
                first = last;
            } else {
                oldLast.next = last;
            }
        } else {
            // 要插入节点的下一个节点
            Node<E> next = node(index);
            // 要插入节点的上一个节点
            Node<E> prev = next.prev;
            // 新节点
            Node<E> newNode = new Node<E>(element, prev, next);

            next.prev = newNode;

            if (prev == null) { // index = 0
                first = newNode;
            } else {
                prev.next = newNode;
            }
        }

        size++;
    }

    @Override
    public E remove(int index) {
        rangeCheck(index);

        Node<E> delNode = node(index);

        Node<E> next = delNode.next;
        Node<E> prev = delNode.prev;

        // 删除第一个元素
        if (prev == null) {
            first = next;
        } else {
            prev.next = next;
        }

        // 删除最后一个元素
        if (next == null) {
            last = prev;
        } else {
            next.prev = prev;
        }

        size--;
        return delNode.element;
    }

    @Override
    public int indexOf(E element) {

        Node<E> node = first;

        if (element == null) {
            for (int i = 0; i < size; i++) {
                if (node.element == null)
                    return i;
                node = node.next;
            }

        } else {
            for (int i = 0; i < size; i++) {
                if (element.equals(node.element))
                    return i;
                node = node.next;
            }
        }
        return -1;
    }

    @Override
    public void clear() {
        // 没有被 gc root 对象引用 会自动释放
        first = null;
        last = null;
        size = 0;
    }

    /**
     * 根据索引查找元素
     *
     * @param index
     * @return
     */
    private Node<E> node(int index) {

//        java.util.LinkedList
        // asert index
        Node<E> node = null;
        // 左边查找
        if (index < (size >> 1)) {
            node = last;
            for (int i = 0; i < index; i++) {
                node = node.next;
            }
        } else {
            // 右边开始查找
            node = last;
            for (int i = size - 1; i > index; i--) {
                node = node.prev;
            }
        }
        return node;
    }

    private static class Node<E> {
        E element;
        Node<E> prev;
        Node<E> next;

        public Node(E element, Node<E> prev, Node<E> next) {
            this.element = element;
            this.next = next;
            this.prev = prev;
        }
    }
}