单向链表

动态数组在使用过程中需要一次性申请一段连续的内存地址，可能会造成内存空间的浪费。

而链表是一种链式存储的线性表，所有元素的内存地址不需要是连续的。

链表的结点中包含两部分，一个是元素的数据信息，另一个是下一个结点元素的地址。

定义接口：

public interface List<E> {
	static final int ELEMENT_NOT_FOUND = -1;
	/**
	 * 清除所有元素
	 */
	void clear();

	/**
	 * 元素的数量
	 * @return
	 */
	int size();

	/**
	 * 是否为空
	 * @return
	 */
	boolean isEmpty();

	/**
	 * 是否包含某个元素
	 * @param element
	 * @return
	 */
	boolean contains(E element);

	/**
	 * 添加元素到尾部
	 * @param element
	 */
	void add(E element);

	/**
	 * 获取index位置的元素
	 * @param index
	 * @return
	 */
	E get(int index);

	/**
	 * 设置index位置的元素
	 * @param index
	 * @param element
	 * @return 原来的元素ֵ
	 */
	E set(int index, E element);

	/**
	 * 在index位置插入一个元素
	 * @param index
	 * @param element
	 */
	void add(int index, E element);

	/**
	 * 删除index位置的元素
	 * @param index
	 * @return
	 */
	E remove(int index);

	/**
	 * 查看元素的索引
	 * @param element
	 * @return
	 */
	int indexOf(E element);
}


public abstract class AbstractList<E> implements List<E>  {
	/**
	 * 元素的数量
	 */
	protected int size;
	/**
	 * 元素的数量
	 * @return
	 */
	public int size() {
		return size;
	}

	/**
	 * 是否为空
	 * @return
	 */
	public boolean isEmpty() {
		 return size == 0;
	}

	/**
	 * 是否包含某个元素
	 * @param element
	 * @return
	 */
	public boolean contains(E element) {
		return indexOf(element) != ELEMENT_NOT_FOUND;
	}

	/**
	 * 添加元素到尾部
	 * @param element
	 */
	public void add(E element) {
		add(size, element);
	}
	
	protected void outOfBounds(int index) {
		throw new IndexOutOfBoundsException("Index:" + index + ", Size:" + size);
	}
	
	protected void rangeCheck(int index) {
		if (index < 0 || index >= size) {
			outOfBounds(index);
		}
	}
	
	protected void rangeCheckForAdd(int index) {
		if (index < 0 || index > size) {
			outOfBounds(index);
		}
	}
}

 

单向链表：

public class SingleLinkedList<E> extends AbstractList<E> {
	private Node<E> first;
	
	private static class Node<E> {
		E element;
		Node<E> next;
		public Node(E element, Node<E> next) {
			this.element = element;
			this.next = next;
		}
	}

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

	@Override
	public E get(int index) {
		/*
		 * 最好：O(1)
		 * 最坏：O(n)
		 * 平均：O(n)
		 */
		return node(index).element;
	}

	@Override
	public E set(int index, E element) {
		/*
		 * 最好：O(1)
		 * 最坏：O(n)
		 * 平均：O(n)
		 */
		Node<E> node = node(index);
		E old = node.element;
		node.element = element;
		return old;
	}

	@Override
	public void add(int index, E element) {
		/*
		 * 最好：O(1)
		 * 最坏：O(n)
		 * 平均：O(n)
		 */
		rangeCheckForAdd(index);
		
		if (index == 0) {
			first = new Node<>(element, first);
		} else {
			Node<E> prev = node(index - 1);
			prev.next = new Node<>(element, prev.next);
		}
		size++;
	}

	@Override
	public E remove(int index) {
		/*
		 * 最好：O(1)
		 * 最坏：O(n)
		 * 平均：O(n)
		 */
		rangeCheck(index);
		
		Node<E> node = first;
		if (index == 0) {
			first = first.next;
		} else {
			Node<E> prev = node(index - 1);
			node = prev.next;
			prev.next = node.next;
		}
		size--;
		return node.element;
	}

	@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 ELEMENT_NOT_FOUND;
	}
	
	/**
	 * 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 string = new StringBuilder();
		string.append("size=").append(size).append(", [");
		Node<E> node = first;
		for (int i = 0; i < size; i++) {
			if (i != 0) {
				string.append(", ");
			}
			
			string.append(node.element);
			
			node = node.next;
		}
		string.append("]");
		
//		Node<E> node1 = first;
//		while (node1 != null) {
//			
//			
//			node1 = node1.next;
//		}
		return string.toString();
	}
}