数据结构学习之路-链表

学习链表之前，先学习动态数组。数组是一种顺序存储的线性表，所有的元素的内存地址是连续的

动态数组的接口设计

一个动态数组，需要有哪些接口呢？换句话说，有哪些接口之后，才能叫动态数组呢？

这样的话，我们就根据接口去设计动态数组。

成员变量一定要有一个size，也就是记录数组的长度，还要有一个指向数组的指针，也就是类似于数组名。由于我们学习了泛型，这里就将动态数组设置为泛型

public class DynamicArray<Type> {
    private int size; // 数组长度
    private Type[] ArrayList; //声明一个数组变量，其实本质是一个指针，指向数组首元素的指针
}

然后，我们还要添加构造函数，因为将来创建动态数组对象的时候，大概率会指定数组的长度，因此这个操作要在构造函数里完成。说一下这里构造函数的细节：

• 一个良好的数组类，应该有默认容量，假如我们在创建对象的时候，设置的初始容量非常小，或者误设置成了负数，那么该类应该默认的设置为默认容量，因此有了这句代码 capacity = (capacity < DEFAULT_CAPACITY) ? DEFAULT_CAPACITY : capacity;

• 在Java中，常量要设置成static final类型，final就相当于C++中的const，而且变量的名字尽量全部大写，符合规范

• 在获得容量值之后，我们就要在构造函数内部开辟堆空间存储这块空数组，因此需要new一下

• 由于是动态数组，因此，我们还要声明一下当前时刻的容量，随时记录动态的容量。顺其自然，初始化完数组，也得记录当前容CurrentCapacity = capacity;

• 并不是，所有的人创建数组时都为对象传一个参数，也可能没有传参数。那该数组类也应该创建一个数组，所以，还要在声明一个无参的构造函数，里面调用有参的构造函数（通过this(DEFAULT_CAPACITY)即可，想想跟创建对象的格式一样，对象(参数)），创建一个默认容量的数组。这才完美！！！！

public class DynamicArray<Type> {

    private int size; // 数组长度
    private Type[] ArrayList; //声明一个数组变量，其实本质是一个指针，指向数组首元素的指针
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 5; //数组默认容量-常量，final = const
    private int CurrentCapacity; //当前数组的容量

    /**
     * @param capacity 指定数组容量
     * 有参构造函数：创建数组，并且初始化
     */
    public DynamicArray(int capacity){
        capacity = (capacity < DEFAULT_CAPACITY)?DEFAULT_CAPACITY:capacity;
        ArrayList= (Type[]) new Object[capacity]; //所有类都继承Object类，因此java的泛型实现需要在new空间时，new Object[]，并且强转类型
        CurrentCapacity = capacity;
    }

    /**
     * 无参构造函数，初始化数组，默认容量
     */
    public DynamicArray(){
        this(DEFAULT_CAPACITY); //构造函数互相调用，使用this指针即可
    }
}

接下来，我们该设计接口函数了

• 调用size()函数，直接返回当前数组里元素的个数，也就是数组的长度。要搞清楚，这个数组长度跟数组容量不是一回事。容量是最多能放多少个元素，size是当前数组有多少个非空元素。

/**
 * 调用size方法，返回当前数组的长度（当前数组里数据的个数）
 * @return 数组的长度
 */
public int size(){
   return size;
}

• 调用isEmpty()函数，返回数组是否为空，返回的是bool值。即，数组内还有没有元素，因此直接返回size==0，如果size==0了，说明数组为空，正好返回True，反之则返回False

/**
 * 检查数组是否为空
 * @return bool类型，java里用boolean表示bool类型
 */
public boolean isEmpty(){
    return size == 0;
}

• 调用get(int index)函数，直接返回数组内，索引index处的元素。涉及到数组的索引，一个良好的习惯就是判断索引是否越界，如果越界就抛出异常。Java中索引越界的异常可以用throw new IndexOutOfBoundsException()来设置。然后直接返回数组index处的元素就行了。

/**
 * 获得指定索引处的值
 * @param index
 * @return 数组中的值
 */
public Type get(int index){
    if(index<0 || index>=size){
        throw new IndexOutOfBoundsException("Index out of range->"+"Index:"+index+", size:"+size);
    }
    return ArrayList[index];
}

• 调用set(int index, Type element)函数，就把数组index处的值用新的值element覆盖掉，并返回覆盖掉之前index处的值。一定要先把原来的值取出来，要不然覆盖点之后再取，就不是原来的值了。

/**
 * 设置数组index处的值为element，并将原来的值返回
 * @param index
 * @param element
 * @return
 */
public Type set(int index, Type element){
    if(index<0 || index>=size){
        throw new IndexOutOfBoundsException("Index out of range->"+"Index:"+index+", size:"+size);
    }
    Type oldElement = ArrayList[index]; //先取出原来的值
    ArrayList[index] = element; //再设置
    return oldElement;
}

• 调用int indexOf(Type element)函数，查找给定的元素在数组中的索引位置，如果该元素不在数组中，那就返回-1。没有技巧，就是遍历数组元素，判断数组中的元素是否跟传入的元素相等，相等就直接返回索引i。

/**
 * 查看某个元素在数组中的位置，即根据元素返回索引，如果没有找到，那就返回-1
 * @param element
 * @return int index
 */
public int indexOf(Type element){
    for (int i = 0; i < size ; i++) {
        if(ArrayList[i] == element) return i;
    }
    return -1;
}

• 调用contains(Type element)函数，判断某个元素是否包含在数组中，如果包含那就返回True，如果不包含那就返回False。这里用到了上一个函数indexOf(Type element)，因为indexOf函数其实也能判断元素在不在，因为只要返回的不是-1，element就在数组中。所以这个返回indexOf(element) != -1，很是巧妙。

/**
 * 查看某个元素是否在数组中，如果存在就返回True，如果不存在就返回False
 * @param element
 * @return
 */
public boolean contains(Type element){
    return indexOf(element) != -1;
}

• 调用clear()函数，即清空数组所有元素。为什么size=0就办到了呢？有这个疑问是对的。因为size=0，原来数组内的元素还是存在那块内存中，并没有被清空。但是，对于动态数组的使用者来说，他无法get到任何一个元素了，打印size也是0，在他眼里，数组好像就是被清空了。因为，我们是框架的开发者，我们只需要保证调用时的语义正确性。因此，size=0是逻辑清空数组，如果把数组置位null或者释放堆空间内存，这叫物理清空。但是，在保证调用语义一致性的前提下，逻辑清空可以节约资源，减少性能消耗。

/**
 * 调用函数，即可清空数组内的所有元素
 */
public void clear(){
    size = 0;
}

• 调用remove(int index)函数，删除index处的元素。后面的元素一次向前移动。

假设删除index为3的元素。因为数组是连续的，因此可以直接删除，只能覆盖。也就是说，不可以直接把index处的内存直接释放。内存是不能动的，因为数组申请完毕之后，内存都是连续的，不可以挖空任何一块内存。

依次，把index处后的元素向前移动，注意是：从index的下一位开始移动，然后下下一位在移动，不能从后向前移动，会导致覆盖错误。

/**
 * 删除索引处的元素，后面的向前移动，并返回之前的值（也可以不返回，看自己需求）
 * @param index
 * @return 返回删除的元素值
 */
@Override
public Type remove(int index) {

    if(index<0 || index>=size){
        throw new IndexOutOfBoundsException("Index out of range->"+"Index:"+index+", size:"+size);
    }

    Type oldElement = ArrayList[index];

	//i从index +1的位置开始挪动，然后把后面的元素全部向前挪动一位
    for (int i = index+1; i < size ; i++) {
        ArrayList[i - 1] = ArrayList[i];
    }

    ArrayList[size - 1] = null; //把最后一位置空，但是也可以不处理，因为只要size-1，最后一个位置就访问不到了
    size--; //然后数组数量减少一个
    // ArrayList[--size] = null; //这一句代码和上面代码功能相同
    
    return oldElement;
}

• 动态数组的精华：动态扩容技术。调用ensureCapacity(int capacity)，判断当前输入的容量capacity够不够，如果不够，该函数会进行扩容。

动态扩容不允许在原有的数组内存后面拼接一块扩充的内存，没有这种操作。动态扩容的精髓就是申请一个更大的内存空间，然后把之前的数组元素都挪过来，因为是更大的内存空间，所以就相当于扩容了。扩容的具体步骤

• 判断当前的容量oldCapacity是否满足我所需要的容量capacity。如果满足，就直接return，如果没有return，说明需要扩容，就执行下面的操作
• 获得想要扩容后的新容量，比如我想在现有的容量基础上，扩大1.5倍。那就这样写int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);，右移比直接除以2更快。如果我想要扩大2倍，那我就这样写int newCapacity = oldCapacity << 1;，同样，左移比乘2快。
• 获得新容量值之后，就要申请对应的存储空间，需要一个新的数组指针newArrayList 指向这块存储空间。
• 然后把之前数组里的元素，按照顺序填到新空间里。这里用一个for循环就行了
• 然后让原有的成员变量ArrayList 指向这块存储空间，我们以后访问这块内存，还可以用之前的数组指针ArrayList
• 最后将新容量newCapacity赋值给当前容量CurrentCapacity

/**
 * 保证扩容之后的容量要够用
 * @param hopeCapacity 想要保证的最小容量
 */
private void ensureCapacity(int hopeCapacity){
    int oldCapacity = ArrayList.length; //返回数组的容量，length就是内存中的大小了，而不是真实的元素个数
    if (oldCapacity >= hopeCapacity) return; //如果数组的容量大于目前我想要的最小容量，说明不需要扩容

    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); //扩充1.5倍，为什么不直接乘1.5？因为浮点数运算更慢，>>1表示一个数除以2，这种效率更高

    Type[] newArrayList = (Type[]) new Object[newCapacity]; //新申请一块更大的存储空间，用于存放数组元素
    for (int i = 0;i<size;i++){
        //把原来数组的元素，放到新的存储空间
        newArrayList[i] = ArrayList[i];
    }
    ArrayList = newArrayList;
    CurrentCapacity = newCapacity;
    System.out.println("扩容："+"oldCapacity:"+oldCapacity+" -> newCapacity:"+newCapacity);
}

我们以后在添加元素到数组的时候，先判断当前容量够不够，如果不够，再去扩容

• 调用append(Type elements)函数，添加元素到数组尾部。需要判断是否需要扩容，因为有可能添加元素时，数组已经满了。如果在我append时候，发现size已经大于等于现在的容量了，说明数组已经装满了，这时候就需要扩容。这个函数ensureCapacity(hopeCapacity)的参数，是确保要有这些容量，不一定每次都要扩容。但是如果现在的容量没有我想要的容量大，就得扩容。扩完容，就直接在尾部添加就行了。

/**
 * 添加元素到数组的尾部
 * @param elements
 */
public void append(Type elements){

    if(size >= CurrentCapacity){ //如果当前数组的数据长度大于等于当前容量，就得扩容
        ensureCapacity(size+1); //确保最少有size+1的容量
        ArrayList[size] = elements;
    }else {
        ArrayList[size] = elements;
    }
    size++;//更新数据个数
}

也可以不判断if(size >= CurrentCapacity)，因为ensureCapacity(int hopeCapacity)里已经有判断需不需要扩容了。

• 调用add(int index, Type element)函数，向指定的index处插入元素，然后index及其后面的元素，向后移动。向后移动，就要从后面开始向右移动了，所以for循环里必须这样写for(int i = size -1; i >= index; i--)。原则就是：合理，不会出错的移动。

 /**
  * 向index处添加元素，后面的元素需要依次向后移动
  * @param index
  * @param element
  */
 public void add(int index, Type element){
     if(index<0 || index>=size){
         throw new IndexOutOfBoundsException("Index out of range->"+"Index:"+index+", size:"+size);
     }

     //至少保证容量要有size+1个大小
     ensureCapacity(size + 1);

     for(int i = size -1; i >= index; i--){
         ArrayList[i + 1] = ArrayList[i];
     }
     ArrayList[index] = element;
     size++;

 }

链表（Linked List）

动态数组有一个明显的缺点：可能会造成内存空间的大量浪费！！！

因为，动态数组每次扩容的空间可能会用不到。

那能否办到用多少就申请多少内存呢？

答案是：链表可以办到这一点！！！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连续。

下图是一个链表的示意图：具有头结点、尾结点，每一个节点内部存储两个变量（该节点的值，指向下一个节点的指针），对于单向链表来说，尾结点指向null。

Java中的接口继承规范（单纯的Java语法，跟数据结构没关系）

我们知道，继承的作用是子类继承父类的成员函数，进而达到少写函数的目的。这里有一个前提：那就是子类想要省略写的函数必须是跟父类一模一样的（函数名，函数体，函数功能）。

这里举一个例子：猫类和狗类继承动物类，猫可以叫，狗也可以叫，但是这两个动物的叫法不一样，也就是说同一个函数名但是函数体不一样。因此，猫类和狗类继承动物类就没有意义，因为动物类没法写一个函数，可以让猫类和狗类同时复用。但是，动物类可以定义一个接口（只有函数名，没有函数体），这样猫类和狗类就可以自己自定义地实现动物类的接口。

讲这个故事的目的是什么呢？多个子类如果想实现同样的功能，但是不同的内部实现，那只需要继承一个接口类即可，在C++中使用抽象类（Abstract Class）来定义接口规范。

接口类只声明接口，不实现，类似于这种：Java中定义接口，用的是interface 关键字。

public interface List<Type> {
    void clear();
    int size();
    boolean isEmpty();
    void append(Type element);
    void add(int index,Type element);
    boolean contains(Type element);
    Type get(int index);
    Type remove(int index);
    int indexOf(Type element);
    Type set(int index, Type element);
}

如果子类要实现接口类，那就意味着该子类必须将接口类里的所有接口全部实现，少实现一个都会报错。Java中，实现接口用implements关键字。

public class subClass<Type> implements List<Type> {
	//必须全部实现，少实现一个，都会报错
}

如果想要不实现接口类的全部接口还不报错，那就需要将该类设置为抽象类，然后需要有该抽象类的子类去替抽象类实现没有全部实现的接口。 这样的功能有什么应用场景吗？

public abstract class AbstractClass<Type> implements List<Type> {
	//可以部分实现
}

public class subClass<Type> extends AbstractClass<Type> {
	//但是要实现抽象类没有实现的剩余全部接口，少实现一个，也会报错
}

结合本例说明场景：动态数组和链表接口是完全一样的，也就是说函数名完全一样。但是，部分接口的实现是不同的，比如get()函数，动态数组和链表的内部实现明显不一样。然后呢，也有一部分是相同的，比如size()函数，都是返回size，显然动态数组和链表不仅接口相同，内部实现也相同。

在这种情况下，声明一个接口类List将所有的接口都声明出来，然后声明一个抽象类去实现这个接口类（只实现动态数组和链表完全一样的函数，把接口相同但是函数体不同的，分别交给动态数组和链表自己去实现）

• 接口类，只声明函数，不实现，Java用public interface 类名来定义接口类。

/**
 * 接口类：interface
 * 接口只定义函数本身，不需要实现，且不用public修饰
 * @param 
 */

public interface List<Type> {
    static final int ELEMENT_NOT_FOUND = -1; //将ELEMENT_NOT_FOUND放在这里，为的就是供外界访问

    /**
     * 清除所有元素
     */
    void clear();

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

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

    /**
     * 添加元素到list尾部
     * @param element
     */
    void append(Type element);

    /**
     * 向指定索引处插入元素
     * @param index
     * @param element
     */
    void add(int index,Type element);

    /**
     * 查看元素是否在list中
     * @param element
     * @return
     */
    boolean contains(Type element);

    /**
     * 获得list某索引处的元素
     * @param index
     * @return
     */
    Type get(int index);

    /**
     * 删除索引处的元素，后面的元素向前移
     * @param index
     */
    Type remove(int index);

    /**
     * 给定元素，返回在list中的位置
     * @param element
     * @return
     */
    int indexOf(Type element);

    /**
     * 设置某index处的节点元素值
     * @param index
     * @param element
     * @return
     */
    Type set(int index, Type element);
}

• 抽象类，实现部分接口（这部分接口，对于动态数组和链表来说，函数名和函数体都一模一样），由于是public abstract class 类名，所以可以不全部实现接口类List。但是，没有被实现的，需要在继承抽象类的子类里全部实现。
• 如下函数，判断越界函数rangeCheck(int index)，返回size函数size()，判断是否为空isEmpty()函数等，显然动态数组和链表的实现可以相同，因此放在抽象父类里，当做公共的可复用的代码，节省了两个子类都书写的繁琐。

/**
 * 抽象类，用来存放子类公共的函数代码，然后实现子类都要重写的接口类List
 * 两个子类，所实现的接口相同，但是接口里的实现不同，同时还有一些接口的实现是相同的。
 * 设计是：两个子类继承一个抽象类，抽象类实现接口，抽象类里存放实现相同的接口，可以避免两个子类中重复书写相同实现的接口
 * 如果不设置为抽象类，就必须全部实现接口。反之，可以只实现部分接口，即子类中相同实现的接口；那些没有在抽象类中实现的接口(即非公共部分)，子类则必须实现
 * 因为该抽象类就是为了派生子类的，所以多数都要protected
 * @param 
 */
public abstract class AbstractList<Type> implements List<Type> {
    protected int size; //链表/动态数组 元素的个数
    /**
     * 当索引越界时，抛出异常。因为只用在此类中，所以设置为private
     * @param index
     */
    private void outOfBounds(int index){
        throw new IndexOutOfBoundsException("Index"+index+", Size:"+size);
    }

    /**
     * 索引边界检查，当index<0或者index >= size，表明传入的索引不正确，就会调用outOfBounds函数抛出异常。
     * @param index
     */
    protected void rangeCheck(int index){
        if (index < 0 || index >= size){
            outOfBounds(index);
        }
    }

    /**
     * append函数的索引越界检查，与普通的访问index不同，这里的index可以等于size
     * @param index
     */
    protected void rangeCheckForAppend(int index){
        if (index < 0 || index > size){
            outOfBounds(index);
        }
    }

    /**
     * 返回当前链表的长度
     * @return
     */
    @Override
    public int size() {
        return size;
    }

    /**
     * 用来判断链表是否为空
     * @return bool值，size如果等于0，说明链表为空，那就返回true，否则返回false
     */
    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }

    /**
     * 向链表的最后面插入一个节点
     * @param element
     */
    @Override
    public void append(Type element) {
        add(size,element);//调用与之重载的函数，实现向List最后一处添加元素
    }

    /**
     * 判断某个元素是否在链表当中
     * @param element
     * @return bool值，
     */
    @Override
    public boolean contains(Type element) {
        return indexOf(element) != ELEMENT_NOT_FOUND; //通过查找元素的索引，判断该元素在不在链表中
    }

}

• 链表子类LinkedList，需要继承抽象类，既可以复用抽象类里的代码，还可以实现父类实现的接口类里的接口。Java里继承用extends关键字。

/**
 * 链表的设计，继承AbstractList
 * 以后使用链表时，一定多进行边界测试
 */

public class LinkedList<Type> extends AbstractList<Type> { 
    private Node<Type> HeadNode; //链表第一个节点，首节点


    /**
     * 清空链表，即将指向链表的指针清空，后面的链表会一一断开
     */
    @Override
    public void clear() {
        size = 0;
        HeadNode = null;
    }

    /**
     * 向指定index处插入一个节点，比如向1处插入一个节点，原来的1就变成了2，原来的0还是0
     * Node.next指向的是整个节点，而不是指向的节点里的element或者next
     * @param index
     * @param element
     */
    @Override
    public void add(int index, Type element) {

        if(index==0) {
            HeadNode = new Node<>(element,HeadNode);//新节点首先指向原来的HeadNode，然后将HeadNode指向此时的首节点（也就是新创建的节点）
        }
        else {
            Node<Type> prevNode = node(index-1); //获取index-1处的节点
            Node<Type> newNode = new Node<>(element,prevNode.next);//新节点先指向index处的节点，prevNode.next是index处节点
            prevNode.next = newNode; //然后让prevNode指向newNode，然后就自动断开了和原本index处的连接
        }
        size++;//链表长度++

    }

    /**
     * 获取index处节点的元素值
     * @param index
     * @return
     */
    @Override
    public Type get(int index) {
        return node(index).element;
    }

    /**
     * 设置某index处的值，并返回以前的值
     * @param index 要设置节点的index
     * @param element 要设置的值
     * @return 原先节点的element
     */
    @Override
    public Type set(int index, Type element) {
        Type oldElement = node(index).element;
        node(index).element = element;//覆盖点以前的element
        return oldElement;
    }


    /**
     * 删除指定index处的节点
     * @param index
     */
    @Override
    public Type remove(int index) {

        Node<Type> oldNode = node(index);
        if(index==0){
            HeadNode = node(index+1);
        }
        else{
            if(index==size-1){
                Node<Type> prevNode = node(index-1); //取出前一个节点
                prevNode.next = null;
            }else {
                Node<Type> prevNode = node(index-1); //取出前一个节点
                prevNode.next = node(index+1); //前一个节点指向下一个节点，即前一个节点不指向当前index节点，那么当前节点就自动销毁了
            }

        }
        size--;
        return oldNode.element;

    }

    /**
     * 返回链表中某个元素的链表索引
     * @param element
     * @return
     */
    @Override
    public int indexOf(Type element) {
        if(element==null){
            for (int i = 0; i < size ; i++) {
                if(node(i).element == null) return i;
            }
        }else {
            for (int i = 0; i < size ; i++) {
                if(node(i).element == element) return i;
            }
        }
        return ELEMENT_NOT_FOUND;
    }


    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder string = new StringBuilder(); //字符串拼接建议使用StringBuilder，效率会很高
        string.append("size = ").append(size).append(", [");
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            string.append(node(i).element);
            if(i != size-1){
                string.append(", ");
            }
        }
        string.append("]");
        return string.toString(); //因为StringBuilder不是String，而这里需要返回的是String
    }



    /**
     * 返回index处的节点
     * @param index 传进去的索引
     * @return 返回一个Node对象
     */
    private Node<Type> node(int index){
        rangeCheck(index);

        Node<Type> node = HeadNode; //将node定义为链表的头节点
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            node = node.next;//循环index次，直到node是index处的节点
        }
        return node;

    }

    /**
     * 链表的内部类(要定义成static类型，既然是内部类那就是private)，Type是泛型
     * @param 
     */
    private static class Node<Type>{
        Type element; //节点中的元素
        Node<Type> next; //指向下一节点的“指针”，但是java没有指针的概念

        /**
         * 节点构造函数
         * @param element 元素
         * @param next 指向下一个节点的指针
         */
        public Node(Type element, Node<Type> next) {
            this.element = element;
            this.next = next;
        }
    }
}

• 动态数组子类DynamicArray（不是本节考察重点），需要继承抽象类，既可以复用抽象类里的代码，还可以实现接口类里的接口。可以看出，对于没有被在抽象类里实现的接口，动态数组和链表的内部实现是不同的。

/**
 * 动态数组，继承自AbstractList
 * @param 
 */
public class DynamicArray<Type> extends AbstractList<Type> {

    private Type[] ArrayPointer; //指向int数组的指针
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 5; //数组默认容量，final = const
    private int CurrentCapacity; //当前数组的容量

    /**
     * @param capacity 指定数组容量
     * 有参构造函数：创建数组，并且初始化
     */
    public DynamicArray(int capacity){
        capacity = (capacity < DEFAULT_CAPACITY)?DEFAULT_CAPACITY:capacity;
        ArrayPointer = (Type[]) new Object[capacity]; //所有类都继承Object类，因此java的泛型实现需要在new空间时，new Object[]，并且强转类型
        CurrentCapacity = capacity;
    }

    /**
     * 无参构造函数，初始化数组，默认容量
     */
    public DynamicArray(){
        this(DEFAULT_CAPACITY); //构造函数互相调用，使用this指针即可
    }

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



    @Override
    public void add(int index, Type element) {
        rangeCheckForAppend(index);
        if(size >= CurrentCapacity){ //如果当前数组的数据长度大于等于当前容量，就得扩容
            ensureCapacity(size+1); //确保最少有size+1的容量,扩容

            for (int i = size; i > index ; i--) { //从最后面开始挪动，然后把index的位置空出来
                ArrayPointer[i] = ArrayPointer[i-1]; //前一个覆盖到后一个，就是由前向后挪动的feel
            }
            ArrayPointer[index] = element;//将元素放在空出来的index处
        }
        else {
            for (int i = size; i > index ; i--) {
                ArrayPointer[i] = ArrayPointer[i-1];
            }
            ArrayPointer[index] = element;
        }
        size++;//更新数据个数
    }

    @Override
    public boolean contains(Type element) {
        return indexOf(element) != ELEMENT_NOT_FOUND;
    }


    /**
     * 打印字符串需要重写的toString方法
     * @return
     */
    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder string = new StringBuilder(); //字符串拼接建议使用StringBuilder，效率会很高
        string.append("size = ").append(size).append(", [");
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            string.append(ArrayPointer[i]);
            if(i != size-1){
                string.append(", ");
            }
        }
        string.append("]");
        return string.toString(); //因为StringBuilder不是String，而这里需要返回的是String
    }

    /**
     * 获得指定索引处的值
     * @param index
     * @return 数组中的值
     */
    public Type get(int index){
        if(index<0 || index>=size){
            throw new IndexOutOfBoundsException("Index out of range->"+"Index:"+index+", size:"+size);
        }
        return ArrayPointer[index];
    }

    /**
     * 删除索引处的元素，后面的向前移动
     * @param index
     * @return 返回删除的元素值
     */
    @Override
    public Type remove(int index) {

        rangeCheck(index);

        Type oldElement = ArrayPointer[index];

        for (int i = index+1; i < size ; i++) {
            ArrayPointer[i - 1] = ArrayPointer[i];
        }

        ArrayPointer[size - 1] = null; //把最后一位置空
        size--; //然后数组数量减少一个

        // ArrayPointer[--size] = null; //这一句代码和上面代码功能相同

        cutCapacity(); //每次remove元素的时候，就要进行动态缩容操作

        return oldElement;
    }


    @Override
    public int indexOf(Type element) {

        return 0;
    }

    @Override
    public Type set(int index, Type element) {
        return null;
    }

    /**
     * 保证扩容之后的容量要够用
     * @param capacity 想要保证的最小容量
     */
    private void ensureCapacity(int capacity){
        int oldCapacity = ArrayPointer.length;
        if (oldCapacity >= capacity) return; //如果数组的容量大于目前我想要的最小容量，说明不需要扩容

        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); //扩充1.5倍，为什么不直接乘1.5？因为浮点数运算更慢，>>1表示一个数除以2，这种效率更高

        Type[] newArrayPointer = (Type[]) new Object[newCapacity]; //新申请一块更大的存储空间，用于存放数组元素
        for (int i = 0;i<size;i++){
            //把原来数组的元素，放到新的存储空间
            newArrayPointer[i] = ArrayPointer[i];
        }
        ArrayPointer = newArrayPointer;
        CurrentCapacity = newCapacity;
        System.out.println("扩容："+"oldCapacity:"+oldCapacity+" -> newCapacity:"+newCapacity);
    }

    /**
     * 动态数组的动态缩容技术
     * 应用场景：当数组被扩容后，又remove了一些，但是原本的容量就闲置了下来，如果此时项目的内存比较紧张，那就要考虑将闲置的内存缩掉
     * 技术实施：创建一个更小的内存空间，将原本大空间里面的少量元素移动到更小的内存空间完成索缩容
     */
    private void cutCapacity(){

        int oldCapacity = ArrayPointer.length; //现在数组的容量,即数组指针ArrayPointer指向的内存空间大小

        int newCapacity = oldCapacity >> 1; //期待缩容后的数组容量

        // 如果当前数组内的元素个数大于我期待缩容后的容量，就说明不能缩容，因为缩容后的内存空间装不下原本的数据
        // 或者，现在的数组容量就是原本默认的容量，也没必要缩，即使存在浪费。因为缩的太狠，将来再需要扩容的时候，是很有开销的
**加粗样式**        if(size > newCapacity || oldCapacity <= DEFAULT_CAPACITY) return;

        //具体缩容细节(程序执行到这，说明剩余空间还有很多)
        Type[] newArrayPointer = (Type[]) new Object[newCapacity]; // 申请一块新的存储空间，容量为newCapacity
        for (int i = 0; i < size  ; i++) {
            // 将原本存储空间的元素移动到新的存储空间
            newArrayPointer[i] = ArrayPointer[i];
        }
        ArrayPointer = newArrayPointer; //将新的数组指针赋值给ArrayPointer，即指向新内存的仍是我们的成员变量ArrayPointer

        System.out.println("缩容："+"oldCapacity:"+oldCapacity+" -> newCapacity:"+newCapacity);
    }
}

这一节，仅仅介绍编码规范的问题。链表的具体实现，将在下一节讲解。

链表类的设计

链表类内部的设计要考虑链表的特性。比如，链表需要有size，即几个元素在链表中；还要有指向链表的指针，就类似于数组名，数组本身，但本质上是一个地址。因为要指向头结点，这里就需要声明一个指针HeadNode指向头结点。

• 链表类首先是以节点类作为基础的，因此，在链表类的内部要创建一个内部类：Node类。Java创建内部类，直接写在外部类的里面，并用static修饰。
• Node类里面的成员变量有两个：节点内存储的元素本身element，以及指向下一个节点的地址next。
• 因为创建节点，就是创建Node对象，那么就会调用Node的构造函数。因此，还要声明Node类的构造函数。
• Node构造函数的参数是element和next，即我要创建节点时，需要指定节点内部存储什么元素，以及指向下一个节点。（C/C++中用结构体struct做这个事最简便）

/**
 * 链表的设计，继承AbstractList
 * 以后使用链表时，一定多进行边界测试
 */

public class LinkedList<Type> { 
	private int size;
    private Node<Type> HeadNode; //链表第一个节点，首节点

    /**
     * 链表的内部类(要定义成static类型，既然是内部类那就是private)，Type是泛型
     * @param 
     */
    private static class Node<Type>{
        Type element; //节点中的元素
        Node<Type> next; //指向下一节点的“指针”，但是java没有指针的概念

        /**
         * 节点构造函数
         * @param element 元素
         * @param next 指向下一个节点的指针
         */
        public Node(Type element, Node<Type> next) {
            this.element = element;
            this.next = next;
        }
    }
}

这样的话，一个链表类的空壳子就设计完整了，所需要的属性也都完备了。至于链表可以有什么功能，那就是接口设计的事了。

链表接口的设计

既然我们要学习数据结构的本质，那就需要自己设计链表的接口，进而实现与官方链表功能一样的链表类。接下来，我们要设计链表的核心接口了

• 调用clear()函数，清空链表内的所有节点。清空所有节点即释放所有节点的内存空间。首先size=0无需质疑，但是只处理size=0貌似不合理。因为链表是随创建节点随开辟内存，因此清空的话必须要把内存空间也清空，逻辑清空适用于数组但是不适用于链表。那怎么能物理清空呢？答案很简单，只需要把指向头结点的指针清空，即链表指针指向null即可

把链表类中指向头结点的指针清空，也就意味着没有指针指向0号节点，那么0-Node就会消失，那么又0-Node指向1-Node的指针就会断掉，紧接着1-Node也会消失，以此类推，全部消失（即每个Node里的next不需要设置为null，没必要）。达到了物理清空的目的。

/**
 * 清空链表，即将指向链表的指针清空，后面的链表会一一断开
 */
@Override
public void clear() {
    size = 0;
    HeadNode = null;
}

• 调用add(int index, Type element)函数，向指定索引处插入节点。也就意味着，索引处的节点变成新节点，而原来的索引及其以后的节点都要向后移动一位。具体做法就是：先让新节点指向原来索引处的节点，然后再让index-1处的节点断开原来的指向，指向新的节点。就是实现了插入的操作。（注意：必须是新节点先指向index处的节点，然后index-1处的节点再指向新节点）

例如：想在index = 1处插入，就要先找到0处的节点

让新节点指向index = 1处的节点

index - 1 = 0处的节点再指向新的节点

但是要注意一种边界情况：向index=0处添加节点，也就是新节点要充当头结点。思路就是：新节点先指向原来的头结点（这一步可以在创建新节点时完成：new Node<>(element,HeadNode)），然后头节点指针再指向新节点即可HeadNode = new Node<>(element,HeadNode)。要理解头结点HeadNode这个变量，可以当做真实链表中的成员，也可以是链表类的成员，可以充当两种角色。就跟数组名一样，既可以代表整个数组，也可以代表数组首元素。

为什么要额外处理index=0时候的添加？因为，我们在向index处添加元素的时候，需要用到index-1处的节点。假如index=0，那么index-1就等于-1，这显然是越界行为，这是不被允许的。

/**
 * 向指定index处插入一个节点，比如向1处插入一个节点，原来的1就变成了2，原来的0还是0
 * Node.next指向的是整个节点，而不是指向的节点里的element或者next
 * @param index
 * @param element
 */
@Override
public void add(int index, Type element) {

    if(index==0) {
        HeadNode = new Node<>(element,HeadNode);//新节点首先指向原来的HeadNode，然后将HeadNode指向此时的首节点（也就是新创建的节点）
        //下面两行代码跟上面一行代码效果一样
        Node<Type> newnode = new Node<>(element,HeadNode);
        newnode = HeadNode; 
    }
    else {
        Node<Type> prevNode = node(index-1); //获取index-1处的节点
        Node<Type> newNode = new Node<>(element,prevNode.next);//新节点先指向index处的节点，prevNode.next是index处节点
        prevNode.next = newNode; //然后让prevNode指向newNode，然后就自动断开了和原本index处的连接
    }
    size++;//链表长度++

}

获得某一个index处的节点，必须要从头开始遍历，直到遍历到index处，把节点取出来。就是这么暴力。传index进函数，遍历的范围从0到index-1，所以循环是这样for (int i = 0; i < index; i++)，最后到index-1时，直接返回node.next，其实就是index处的节点。

/**
 * 返回index处的节点
 * @param index 传进去的索引
 * @return 返回一个Node对象
 */
private Node<Type> node(int index){
    rangeCheck(index);

    Node<Type> node = HeadNode; //将node定义为链表的头节点
    for (int i = 0; i < index; i++) {
        node = node.next;//循环index次，直到node是index处的节点
    }
    return node;

}

• 调用get(int index)函数，获取节点内的元素值（对于链表来说，节点的值默认就是节点内的元素值）。因为我们已经可以根据索引获得相应的节点对象了，所以取值易如反掌。

/**
 * 获取index处节点的元素值
 * @param index
 * @return
 */
@Override
public Type get(int index) {
    return node(index).element;
}

• 调用set(int index, Type element)函数，设置某一index处的节点的元素值，即把原来的元素值改为我设置的值。顺便返回原先的值（根据需求自行添加）。

 /**
  * 设置某index处的值，并返回以前的值
  * @param index 要设置节点的index
  * @param element 要设置的值
  * @return 原先节点的element
  */
 @Override
 public Type set(int index, Type element) {
     Type oldElement = node(index).element;
     node(index).element = element;//覆盖点以前的element
     return oldElement;
 }

• 调用remove(int index)函数，删除指定索引处的节点。只需要让index-1处的节点指向index+1处的节点即可，这样index处的节点就自动销毁了。别忘了，链表的成员变量size需要减一

这里有需要注意的两点：
1、删除的元素是头结点怎么办？答：那就让头结点指针指向index+1处的节点即可
2、删除的元素是尾结点怎么办？答：那就让index-1处的节点指向null即可

想想为什么要单独处理头结点和尾结点啊？因为我们在删除index处的节点是，要用到index-1处的节点和index+1的节点。如果是头结点，说明index=0，那么index-1就等于-1了；如何是尾结点，说明index=size-1，那么index+1就等于size了。这都是属于越界行为，因此要单独拿出来处理。

总结：什么时候需要考虑链表的边界处理呢？那就看我们在进行链表操作的时候，是否用到前一个节点和后一个节点。如果用到前一个节点，就需要额外考虑链表的头结点情况；如果要用到后一个节点，那就需要额外考虑链表的尾结点情况了。

/**
 * 删除指定index处的节点,返回原有的值（需求自己定）
 * @param index
 */
@Override
public Type remove(int index) {
    Node<Type> oldNode = node(index);
    if(index==0){
        HeadNode = oldNode.next;//如果用node(index+1),是有BUG的，当链表只剩一个元素时，node(index+1)访问不到。
    }
    else{
        if(index==size-1){
            Node<Type> prevNode = node(index-1); //取出前一个节点
            prevNode.next = null;
        }else {
            Node<Type> prevNode = node(index-1); //取出前一个节点
            prevNode.next = node(index+1); //前一个节点指向下一个节点，即前一个节点不指向当前index节点，那么当前节点就自动销毁了
        }

    }
    size--;
    return oldNode.element;
}

• 调用indexOf(Type element)函数，返回某元素在链表中的节点索引，如果没找到，就返回-1。为什么要有if(element==null)呢？因为，我们希望链表某个节点可以存储null值。

/**
 * 返回链表中某个元素的链表索引
 * @param element
 * @return
 */
@Override
public int indexOf(Type element) {
    if(element==null){
        for (int i = 0; i < size ; i++) {
            if(node(i).element == null) return i;
        }
    }else {
        for (int i = 0; i < size ; i++) {
            if(node(i).element == element) return i;
        }
    }
    return ELEMENT_NOT_FOUND;
}

• 实现String toString()方法，可以使用println打印链表。下面是实现过程：
  1、打印链表和打印数组一样，本质都是字符串的拼接操作，因此要使用Java中的StringBuilder()声明一个字符串拼接对象
  2、拼接某个字符串，只需要调用StringBuilder()的append方法
  3、然后就是有策略地循环append(node(i).element)
  4、为了呈现size = 4, [10, 20, 30, 40]这样的效果，需要拼接一个数的后面拼接一个逗号‘,’，但是在最后一个数的后面不用拼接，最后的最后别忘了中括号‘]’回来

@Override
public String toString() {
    StringBuilder string = new StringBuilder(); //字符串拼接建议使用StringBuilder，效率会很高
    string.append("size = ").append(size).append(", [");
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        string.append(node(i).element);
        if(i != size-1){
            string.append(", ");
        }
    }
    string.append("]");
    return string.toString(); //因为StringBuilder不是String，而这里需要返回的是String
}

• 测试链表demo

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // List是java中的接口，类似于C++中的接口父类，可以指向子类对象
        List<Integer> list2 = new LinkedList<>();

        list2.append(20); //向尾部添加20
        list2.add(0,10);//向index = 0处添加10
        list2.append(30);//向尾部添加30
        list2.add(list2.size(),40); //向尾部添加40
        System.out.println(list2); //打印当前的链表
        System.out.println(list2.indexOf(30)); //查看30在链表中的节点索引

        list2.set(2,300); //设置index=2处的是为300
        System.out.println(list2); //再次打印
        System.out.println(list2.get(2));//打印index=2的值

        list2.remove(1); //删除index=1处的值
        System.out.println(list2);//再次打印
	}
}

控制台输出结果：

可以看到，我们实现了添加元素到末尾，添加元素在链表的任何一个位置，查看某个元素在链表中的索引，移除某个节点等关键功能。至此链表的设计全部完成！接下来我们将学习链表的进阶知识。

链表的练习题

删除节点

学习完链表之后，我们删除某个index处的节点很简单，只需要让index-1处的节点指向index+1处的节点，index处的节点就会自动消失，但这依赖于给定index的前提下。

但是，这个题目的要求是：无法访问头结点，同时只给出待删除的节点，并没有给索引。因此，无法根据index删除，因为无法访问头结点，因此indexOf也无法使用。总之，这个题无法根据index删除。需要尝试别的方法

因此，这里需要技巧了。既然是删除某个节点（删除节点就是删除对于的值，链表的本质还是存储数据线性表），那我们只需要让那个值不存在链表中就好了。

所以，我们先用这个节点下一个节点的值覆盖掉该节点的值（因为我们可以使用node.next访问下一个节点）

覆盖掉之后，让该节点指向下一个的下一个节点（可能为NULL，不需要额外处理，因为节点是可以指向NULL的）

那么该节点的下一个节点就消失了。从逻辑上，好像是把原来的节点删除了一样。

力扣链接

public class _237_删除链表中的节点 {

     public static class ListNode {
          int val;
          ListNode next;
          ListNode(int x) {
              val = x;
          }
      }

    public void deleteNode(ListNode node) {
        node.val = node.next.val; //把该节点的值用后面的一个节点值覆盖掉
        node.next = node.next.next; //然后再让该节点指向后面节点的后面节点，就会把后面的节点删除，因为后的值已经覆盖到本节点了，所以结果就像删除了该节点一样
    }
    
}

这道小练习给我们的启示是：要充分利用node可以访问的东西，不要固化思维（因为有的时候，不让你用链表的头结点指针）。

反转链表

这道题的要求是：只给定头结点，将链表翻转回来。即这个函数ListNode reverseList(ListNode head)的功能如下图所示：

既然知道了函数的功能（输入是头结点所指向的链表，输出是新的头结点指向的翻转链表（一直指向翻转前的头结点，然后再指向null））

那我们输入的如果是head.next，输出的新节点指向的是一个怎样的链表呢？应该是下图所示的链表：（因为，reverseList(ListNode head) 函数的功能就是把输入参数到末尾翻转一下，然后让newHead指向头结点）

既然我们得到了这一一个链表，那我们只需要把4和5节点额外处理一下就行了，剩下的就交给递归去做。

所以，我们只需要让4节点（head.next）指向5节点，然后让5节点（head）指向null，就完成了翻转）。

但是，递归是需要边界条件的，要不然就陷入死循环了。那这道题的边界条件怎么确定呢？

递归边界条件确定的原则：不断地缩小问题规模，直至遇到边界

对应此题：我们不断地head.next去缩小问题规模，但是head不可能一直next。如果head.next=NULL了，说明就剩一个节点了，那直接返回这个节点就行了。如果链表本身就是NULL的，那也无需翻转，直接返回NULL即可。

力扣链接

这里给出了Java和C++两种版本的解题答案

public class _206_反转链表 {

    public class ListNode {
          int val;
          ListNode next;
          ListNode() {}
          ListNode(int val) { this.val = val; }
          ListNode(int val, ListNode next) { this.val = val; this.next = next; }
    }

    /**
     * 递归的思想：首先搞清楚这个函数的功能，即输入的啥，输出的又是啥。然后把输入+1或者-1，输出又是啥，直到输入不能-1或者不能+1了，就是递归的结束条件
     * 递归的诀窍：考虑清楚函数的功能
     * 设计递归的步骤：
     *  1、递归函数定义；要知道函数的功能是什么，输入参数是什么，返回的是什么
     *  2、基础情况处理；即结束条件的确定，要考虑判断当前数据规模足够小时，且答案显而易见时，直接将返回值写死
     *  3、递归调用阶段；我们每次让数据规模减少一点，并且调用递归函数，这样便可以获得较小问题规模的答案，虽然不是显而易见，但是我们知道这就是较小规模的答案就足够了
     *  4、递推到当前层；我们通过将上一层的答案简单递推，将最终结果地推出来，虽然不是显而易见的答案，但是我们知道这就是最终答案，并作为该函数的最终返回值
     * @param head
     * @return
     */
    public ListNode reverseList(ListNode head) {

        // 这是递归结束条件，也就是该问题最基础的情况处理
        if(head == null || head.next == null){
            return head;
        }

        //递归调用阶段，将数据规模减少
        ListNode newNode = reverseList(head.next);

        // 递推到当前层，将输入参数为head.next时的最终结果表示出来
        head.next.next = head; //head.next是节点，节点.next是让节点指向。。。
        head.next = null;//用head指向null，这个head可不一定是最开始的，可能head已经变成了1了

        return newNode;
    }
}

class Solution {
public:
    ListNode* reverseList(ListNode* head) {

        if(head == nullptr) return nullptr;
        if(head->next == nullptr) return head;

        ListNode *newHead = reverseList(head->next);

        head->next->next = head;
        head->next = nullptr;

        return newHead;
    }
};

如果不用递归，只允许用迭代，能否实现呢？

这题唯一的输入就是head，因此，我们只能且必须用head去一个一个翻转节点。具体步骤就是：
1、先把head.next节点保住，因此要一个临时节点指针tmp指向这里
2、把head指针指向原来的head.next节点的那条线断开，去指向null，也就是newHead节点
3、然后让newHead指针指向这个新来的，即当前的head节点
4、然后当前的head指针指向原来的head.next（这里已经是tmp了）充当新的head节点
（注意，我一会是head指针，一会是head节点，要理解。A指向B，A就是指针，B就是节点）

1、临时节点指针指向head.next，保住

2、head节点指针newHead节点，newHead指针指向head

3、新一轮，tmp继续指向head.next，然后重复操作

4、直到jhead=null了，那么tmp也就没法继续指向head.next，循环就得结束

这里仍然给出两种语言的答案。注意：背题解没有，重要的是解决问题的角度：只能用head，那就只能不断地从head处翻转。以及程序的理解：链表题中赋值语句等号的左右两边要理解其物理意义，一个是指针，一个是节点。虽然，本质都是地址指针，但是不要这么想。

/**
 * 迭代法翻转链表
 * 思路的前提，我们只能利用head这一个节点
 * @param head
 * @return
 */
public ListNode reverseList2(ListNode head) {

    //一个节点或者没有节点，就直接返回，无需翻转
    if(head == null || head.next == null){
        return head;
    }

    ListNode newNode = null; //声明一个newNode指向null
    //首先明确我们只能利用head这一个节点做事
    while (head != null){
        ListNode tempNode = head.next;  //备份head.next，因为下面head.next换节点了
        head.next = newNode;  //首先head的next指向newNode
        newNode = head;  //然后，newNode作为新链表的head
        head = tempNode; //然后将原链表的head向后移动一位
    }
    //直到head指向了null，说明5 4 3 2 1都翻转完了，因为之前newNode就是null，所以，整个翻转过程也就结束了

    return newNode;
}

class Solution {
public:
    ListNode* reverseList(ListNode* head) {

        if(head == nullptr) return nullptr;
        if(head->next == nullptr) return head;

        ListNode *newHead = nullptr;
        ListNode *tempNode = nullptr;
        while(head != nullptr){
            //没翻转之前就要先用一个临时指针指向head.next,要不然这个节点该消失了
            tempNode = head->next; //临时节点指向head-next，避免下一步消失
            head->next = newHead;
            newHead = head;
            head = tempNode;
        }
        return newHead;
    }
};

PS：当赋值语句的左边是指针时，表示的是这个指针指向右边的东西，不要理解成普通的赋值操作。最重要的来了：对于链表的题来说，等式右边的统统都要想象成节点本身。

环形链表

判断一个链表是不是环形链表。如下图所示，就叫环形链表。

思路就是：定义一对快慢指针。让快指针每次移动两步，慢指针每次移动一步。如果有环，快慢指针一定会相遇在某一时刻。如果没环，快指针一定会指向NULL。

解释一下关键程序：

1、if(head == NULL || head->next == NULL) return false;意味着，如果没有节点或者只有一个节点，那一定没有环。
2、ListNode *fast_er = head->next开始先定义快指针领先慢指针一步，要不然下面判断快慢指针相遇就没法判断了。如果快指针和慢指针开始都指向head，那就直接算相遇了。
3、while(fast_er != NULL && fast_er->next != NULL)判断快指针是否指向NULL不就行了？为什么还要判断fast_er->next 是否指向NULL呢？因为快指针每次移动两步，所以走一步就要判断一下是否指向了NULL。（可能链表中就两个节点且没环，快指针初始就在最后一个，如果不判断fast_er->next != NULL，那就会进入循环里，当fast_er->next->next时就会发生链表越界的行为，会指向一个既不是节点也不是null的地方，程序也会报错。）

class Solution {
public:
    bool hasCycle(ListNode *head) {
       if(head == NULL || head->next == NULL) return false; 

        ListNode *slow_er = head;
        ListNode *fast_er = head->next;

        while(fast_er != NULL && fast_er->next != NULL){ 
            if(slow_er == fast_er){
                return true;
            } 
            slow_er = slow_er->next;
            fast_er = fast_er->next->next;
        }

        return false;

    }
};

Java版本的

/**
 * 判断一个链表里是否有环，即是否存在环形链表
 * 通过一个快慢指针来实现这件事。什么叫快慢指针呢？即有两个指针，分布指向链表的第一个节点和第二个节点。指向第一个节点的是慢指针，一次只向后移动1位；指向第二个节点的是
 * 快指针，一次向后移动两位。如果链表中节点大于等于2个，且存在环，快慢指针在移动的过程中一定会相遇，即指向同一个节点；如果不存在环，那么快指针一定先指向null
 * @param head
 * @return
 */
public boolean hasCycle(ListNode head) {

    if(head == null || head.next == null){
        // 如果链表为空，或者只有一个节点，那指定没有环
        return false;
    }

    ListNode slowNodePointer = head; //慢指针,指向第一个节点
    ListNode fasterNodePointer = head.next; //快指针，指向第二个节点

    while (fasterNodePointer != null && fasterNodePointer.next != null){
        // 因为快指针一次移动两步，所以要考虑两种情况，一个是直接能移动到链表的最后一位，那说明下一次就是null，但快指针却要移动两次，这明显指向了一段不被初始化的空间，会报错的
        // 所以当快指针移动到最后一个节点的时候，就判断next是不是null，如果是，那说明没有环，如果不是那才说明有环

        slowNodePointer = slowNodePointer.next; //慢指针移动一位
        fasterNodePointer = fasterNodePointer.next.next; //快指针移动两位

        if (slowNodePointer == fasterNodePointer){
            //相遇就说明有环
            return true;
        }
    }

    //能到这，说明不满足 fasterNodePointer != null， fasterNodePointer.next != null的其中一个，就说明无环
    return false;
}

双向链表（Double Linked List）

上面说的链表，都是最普通的链表，也就是单向链表。也就是说，每一个Node只能指向同一方向，即指向next Node。

接下来介绍的是双向链表，即每一个Node既可以指向next Node，也可以指向prev Node。

对比单向链表，双向链表每个节点Node的内部多了一个prev指针，用来指向上一个Node。

为什么要设计一个双向链表呢？

因为我们之前想要获得链表中任何一个节点的值，都需要从头结点开始一个一个的往后找。一旦有了双向链表，我们就可以从两个方向去找。（例子：如果找的是比较靠近后面的元素，那就可以从尾部开始找；如果找的是比较靠前的元素，那就从头部开始找；这样做会大大提高链表的查找效率）

那么链表类里，就得再添加一个尾结点指针了。所以，新的链表类，应该这样设计：

public class DoubleLinkedList<Type> extends AbstractList<Type> {
    private Node<Type> HeadNode; //链表第一个节点，首节点
    private Node<Type> TailNode; //链表最后一个节点，尾节点
    /**
     * 返回index处的节点
     * @param index 传进去的索引
     * @return 返回一个Node对象
     */
    private Node<Type> node(int index){
        rangeCheck(index);

        if(index < (size>>1) ){
            //如果传进来的index小于链表长度的一半，那就从头开始找
            Node<Type> node = HeadNode; //将node定义为链表的头节点
            for (int i = 0; i < index; i++) {
                node = node.next;//循环index次，直到node是index处的节点
            }
            return node;
        }else {
            //如果传进来的index大于链表长度的一半，那就从尾开始找
            Node<Type> node = TailNode; //将node定义为链表的尾节点
            for (int i = size - 1; i > index; i--) {
                node = node.prev;//循环index次，直到node是index处的节点
            }
            return node;
        }

    }

    /**
     * 链表的内部类(要定义成static类型，既然是内部类那就是private)，Type是泛型
     * @param 
     */
    private static class Node<Type>{
        Type element; //节点中的元素
        Node<Type> next; //指向下一节点的“指针”，但是java没有指针的概念
        Node<Type> prev; //指向上一节点的“指针”,但是java没有指针的概念，就是引用

        /**
         * 节点构造函数
         * @param element 元素
         * @param next 指向下一个节点的指针
         * @param prev 指向上一个节点的指针
         */
        public Node(Node<Type> prev, Type element, Node<Type> next) {
            this.element = element;
            this.next = next;
            this.prev = prev;
        }
    }
}

解释这样设计的细节：

1、相比于单向链表，这里多了一个尾结点声明，即该链表是由头结点和尾结点共同确定的。

private Node<Type> HeadNode; //链表第一个节点，首节点
private Node<Type> TailNode; //链表最后一个节点，尾节点

2、节点类，内部多了一个prev指针，因此构造函数也要添加进去

/**
 * 链表的内部类(要定义成static类型，既然是内部类那就是private)，Type是泛型
 * @param 
 */
private static class Node<Type>{
    Type element; //节点中的元素
    Node<Type> next; //指向下一节点的“指针”，但是java没有指针的概念
    Node<Type> prev; //指向上一节点的“指针”,但是java没有指针的概念，就是引用

    /**
     * 节点构造函数
     * @param element 元素
     * @param next 指向下一个节点的指针
     * @param prev 指向上一个节点的指针
     */
    public Node(Node<Type> prev, Type element, Node<Type> next) {
        this.element = element;
        this.next = next;
        this.prev = prev;
    }
}

3、通过索引index访问链表节点方式的改变，才是双向链表的精髓。（当index在前半区域，就从头结点开始查找；当index在后半部分，就从尾结点开始查找。）

/**
 * 返回index处的节点
 * @param index 传进去的索引
 * @return 返回一个Node对象
 */
private Node<Type> node(int index){
    rangeCheck(index);

    if(index < (size>>1) ){
        //如果传进来的index小于链表长度的一半，那就从头开始找
        Node<Type> node = HeadNode; //将node定义为链表的头节点
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            node = node.next;//循环index次，直到node是index处的节点
        }
        return node;
    }else {
        //如果传进来的index大于链表长度的一半，那就从尾开始找
        Node<Type> node = TailNode; //将node定义为链表的尾节点
        for (int i = size - 1; i > index; i--) {
            node = node.prev;//循环index次，直到node是index处的节点
        }
        return node;
    }

双向链表的接口设计

• 有些接口跟单向链表一样，比如获取index处节点的元素get(int index)函数，设置index处节点的元素set(int index, Type element)函数，查看某个元素在链表中的索引indexOf(Type element)函数。想没想过，为什么这些接口可以和单向链表一样呢？
• 那是因为这些接口的内部仅仅用到了node(index)函数，而在node(index)函数里面，我们已经更改了双向链表的查找规则，因此整个函数体看起来跟单向链表一样。

/**
 * 获取index处节点的元素值
 * @param index
 * @return
 */
@Override
public Type get(int index) {
    return node(index).element;
}

/**
 * 设置某index处的值，并返回以前的值
 * @param index 要设置节点的index
 * @param element 要设置的值
 * @return 原先节点的element
 */
@Override
public Type set(int index, Type element) {
    Type oldElement = node(index).element;
    node(index).element = element;//覆盖点以前的element
    return oldElement;
}

/**
 * 返回链表中某个元素的链表索引
 * @param element
 * @return
 */
@Override
public int indexOf(Type element) {
    if(element==null){
        for (int i = 0; i < size ; i++) {
            if(node(i).element == null) return i;
        }
    }else {
        for (int i = 0; i < size ; i++) {
            if(node(i).element == element) return i;
        }
    }
    return ELEMENT_NOT_FOUND;
}

下面介绍，哪些接口跟单向链表不一样。对于双向链表，这些接口的内部实现又该如何呢？

• 清除链表操作clear()：对比于单向链表，这里必须要同时让头结点和尾结点消失。

/**
 * 清空链表，即将指向链表的指针清空，后面的链表会一一断开
 * 双向链表必须将头部和尾部节点同时清空
 */
@Override
public void clear() {
    size = 0;
    HeadNode = null;
    TailNode = null;
    //把指向头部节点和指向尾部节点的指针清空，貌似也不会清空链表里的元素吧？因为每一个节点都被next和prev引用着啊？
    //但是，java中的虚拟机会自动识别，这些链表中的节点是不是被gc root对象引用着。只要是没有被gc root对象引用，就会回收
    //什么叫gc root对象呢？就好比我们声明出来的东西，栈空间的指针啊，全局区的指针啊，等等。之前链表中的其他节点之所以不会被回收，是因为被gc root对象间接引用了
    //而头结点和尾结点是被直接引用的，所以把头结点和尾结点的引用断开，其他节点就失去了间接引用的机会，那就自然都销毁了。当然头尾失去的是直接引用
}

这里注意一个细节：就是当把头结点和尾结点清空，也就是让HeadNode和TailNode都指向NULL了，但是链表似乎还存在啊，因为各个结点都有其他结点指着呀。

这里就要提及一下Java的一些细节知识点了。

Java中有一个gc root的概念。也就是说，当某个对象不被gc root对象直接引用着或者间接引用着的时候，这个对象就会挂掉。那什么对象才能叫gc root对象呢？

比如说：栈空间声明的指针，全局区声明的指针。之前的单向链表非头结点之所以没有被回收，是因为被gc root对象间接引用着，而头结点则是被直接引用着。一旦，gc root对象不再指向头结点了，那么头结点以及其他节点就没有被gc root对象直接或者间接引用，所以就会挂掉。

所以，双向链表中，只要gc root对象不指向头结点或者尾结点，整个链表就会挂掉。就算链表中其他节点互相指，也没用，因为没有一个是gc root对象。

注意注意： 这只是Java的做法，如果是C++那就得挨个把节点释放掉了，因为是new出来的。

• 双向链表向index处添加元素节点add(int index, Type element)：比如向index=1处插入一个节点，原来的index=1就变成了index=2，原来的index=0还是index=0

具体技术细节：
1、先考虑普通情况，即非边界情况；双向链表对比于单向链表还有一个好处就是没必要非得利用node(index-1)去找上一个节点了，直接node(index).prev就行了。首先，插入节点首先要创建节点newNode，在创建的同时就完成了两个操作：新创建的节点的prev指向原来index处节点的前一个节点，也就是节点node.prev，以及新创建的节点的next指向原来的index处的节点node。代码如下：

//不是最后一位添加元素
Node<Type> node = node(index); //获取想要插入的index点
Node<Type> newNode = new Node<>(node.prev,element,node); //新插入的节点的prev要指向index处节点的上一个节点，元素就是element，指向的下一个节点就是index处的节点

接下来就需要让前一个节点的next指向新创建的节点，以及后一个节点的prev也指向新创建的节点。这就完成了一个节点的的插入

node.prev.next = newNode; //原本index处的上一个节点的也要指向新节点（next指向）
node.prev = newNode; //原本index处的节点要指向新节点（prev指向）

示意图如下：

2、这只是普通情况的插入，当我们在头结点处插入，过程会变成什么样呢？如果在头结点处插入，那原来的头结点就变成第二个节点了，新节点就是头结点。头结点什么性质呢？当然是，HeadNode 指向头结点，头结点的prev指向null，next指向第二个节点。于此同时原来头结点的next还要指向新创建的节点。所以，代码如下：

if(index == 0){
	Node<Type> node = node(index); //获取想要插入的index点
	Node<Type> newNode = new Node<>(null,element,node); //完成了新建接待prev指向null，next指向原来节点的操作
	HeadNode = newNode;//头结点指针新节点
	node.prev = newNode; //原来头结点的prev指向新节点
}

示意图如下：

3、当我们在尾结点处插入，过程会变成什么样呢？如果在尾结点插入，TailNode 就要指向新节点了，新节点的prev就要指向原来的尾结点了，原来的尾结点的next就要指向新节点了，新节点的next就得指向null了

Node<Type> node = node(size-1); //获取原来链表的最后一个节点
Node<Type> newNode = new Node<>(node,element,null);//创建新节点，同时其prev指向node并且next指向null
TailNode= newNode;//尾结点指针指向新的尾结点
node.next = TailNode;//原来的尾结点的next指向新的尾结点

示意图如下所示：

4、我们首先完成了普通情况下的添加元素，然后又分别完成了在头部或者尾部添加元素的边界情况。基本已经完成了双向链表的add操作。但是还有一种情况没有考虑到，那就是最开始链表为空的时候，add函数怎么操作?

最开始链表为空的时候，新节点的prev和next都应该指向null，所以创建新节点的时候，直接就完成这个操作Node newNode = new Node<>(null,element,null)，因为只有一个节点，所以头结点指针和尾结点指针都指向新结点。代码如下：

//说明此时链表没有节点，这是首次添加节点，那么头结点和尾结点都指向同一个节点，那就是相等
Node<Type> newNode = new Node<>(null,element,null);
TailNode = newNode;
HeadNode = newNode;

示意图如下：

考虑到上述所有情况，并充分考虑到代码整洁性，向链表index处添加元素的函数add(int index, Type element)整合为如下实现。最后别忘了size++。

/**
 * 向指定index处插入一个节点，比如向1处插入一个节点，原来的1就变成了2，原来的0还是0
 * Node.next指向的是整个节点，而不是指向的节点里的element或者next
 * @param index
 * @param element
 */
@Override
public void add(int index, Type element) {

    rangeCheckForAppend(index);

    if (index == size){
        //往最后面添加元素
        if(index == 0){
            //说明此时链表没有节点，这是首次添加节点，那么头结点和尾结点都指向同一个节点，那就是相等
            TailNode = new Node<>(null,element,null);
            HeadNode = TailNode;
        }else {
            //说明此时链表已经有节点了
            Node<Type> node = node(index-1); //获取想要插入的index的点，因为我传入的是size
            TailNode = new Node<>(node,element,null);
            node.next = TailNode;
        }

    }else {
        //不是最后一位添加元素
        Node<Type> node = node(index); //获取想要插入的index点
        Node<Type> newNode = new Node<>(node.prev,element,node); //新插入的节点的prev要指向index处节点的上一个节点，元素就是element，指向的下一个节点就是index处的节点

        if(node.prev == null){
            //如果index处节点的prev是null，那说明该index处的节点是首节点，把节点插入到首节点处，就得直接用HeadNode指向
            HeadNode = newNode; //（next指向）
        }else {
            //如果插入的地方不是头结点，那就用index处的上一个节点指向新节点就可以了
            node.prev.next = newNode; //原本index处的上一个节点的也要指向新节点（next指向）
        }
        node.prev = newNode; //只要不是尾结点，这句话试用。原本index处的节点要指向新节点（prev指向）

    }
    size++;//链表长度++
}

• 双向链表删除index处的节点：Type remove(int index)，

具体技术细节：
1、先考虑普通情况，删除是非边界结点。那就只需要让index-1处的结点和index+1处的节点互相指就完事了。前一个和后一个互相指以后，就没有结点指向当前index处的节点了，那就会挂掉。

node(index-1).next = node(index+1);//上一个节点指向下一个（next指向）
node(index+1).prev = node(index-1);//下一个节点指向上一个（prev指向）

示意图如下：

2、当删除的是头结点，也就是index=0时。那就让头结点指针HeadNode 指向该节点的下一个节点，然后让该节点的下一个节点的prev指向null即可。因为这样，又没有指针指向该节点了，那就会自动挂掉。

//如果删除的首节点
HeadNode = node(index+1);
node(index+1).prev = null;

示意图如下：

3、当删除的是尾结点，也就是index=size时。那就需要让尾结点指针TailNode指向index-1处的节点，然后再让index-1处结点的next指向null就行了。因为这样的话，也没人指向最后一个节点了，就自动挂掉了。（注意一个特殊情况：当链表只剩下一个元素的时候，再删除，只需要把头尾节点置nulll即可）

if(node(index).next == null){
    //如果删除的是尾结点
	if(size == 1){
	    HeadNode  = null;
	    TailNode  = null;
	    size--;
	    return oldNode.element;
	}
    TailNode = node(index-1);
    node(index-1).next = null;
}

所以整合所有程序，如下：

/**
 * 删除指定index处的节点
 * @param index
 */
@Override
public Type remove(int index) {

    rangeCheck(index);

    Node<Type> oldNode = node(index); //获取之前的节点，并返回元素

    if(index == 0){
        //如果删除的首节点
       	if(size == 1){
		    HeadNode  = null;
		    TailNode  = null;
		    size--;
		    return oldNode.element;
		}
        HeadNode = node(index+1);
        node(index+1).prev = null;
    }else {

        if(node(index).next == null){
            //如果删除的是尾结点
            TailNode = node(index-1);
            node(index-1).next = null;
        }else {
            node(index-1).next = node(index+1);//上一个节点指向下一个（next指向）
            node(index+1).prev = node(index-1);//下一个节点指向上一个（prev指向）
        }


    }
    size--;
    return oldNode.element;
}

但是！！！！！上面程序是有BUG的，假如链表中只有一个节点，node(index-1)和node(index+1)的操作就会发生越界行为。但对于正常的链表来说，只有一个结点也应该可以删除。

因此，在设计remove函数时，node(index-1)统统换成node(index).prev；node(index+1)统统换成node(index).next；

无BUG程序如下：

/**
 * 删除指定index处的节点
 * @param index
 */
@Override
public Type remove(int index) {

    rangeCheck(index);

    Node<Type> oldNode = node(index); //获取之前的节点，并返回元素
	Node<Type> node = node(index); 
    if(index == 0){
        //如果删除的首节点
        if(size == 1){
		    HeadNode  = null;
		    TailNode  = null;
		    size--;
		    return oldNode.element;
		}
        HeadNode = node(index).next;
        node(index).next.prev = null;
    }else {

        if(node(index).next == null){
            //如果删除的是尾结点
            TailNode = node(index).prev;
            node(index).prev.next = null;
        }else {
            node.prev.next = node.next;//上一个节点指向下一个（next指向）
            node.next.prev = node.prev;//下一个节点指向上一个（prev指向）
        }
        
    }
    size--;
    return oldNode.element;
}

至此，双向链表的接口全部设计完毕。下面我们测试一下：其中Asserts.test()函数会判断括号内是否为False，如果是，就断言。

//双向链表的测试
List<Integer> list = new DoubleLinkedList<>();
list.append(11);
list.append(22);
list.append(33);
list.append(44);
System.out.println(list);
Asserts.test(list.indexOf(11) == 0); //检查11是不是在链表的第0位
list.add(0,55);
list.add(2,66);
list.add(list.size(),77);
Asserts.test(list.size() == 7);//检查此时链表的长度是不是7
Asserts.test(list.get(2) == 66);//检查此时链表index==2时，是不是66
System.out.println(list);
list.remove(0);
list.remove(2);
list.remove(list.size()-1);
System.out.println(list);
list.set(2,88); //设置第2位为88
System.out.println(list);
Asserts.test(list.get(2) == 88); //检查是否设置成功
Asserts.test(list.contains(66)); //查看链表里是否包含66这个元素

结果完全正确

至此，双向链表就介绍完了！

双向链表 VS 单向链表

双向链表对比单向链表，总结为一句话就是：操作数据的规模减少一半，因为可以从两个方向检索，但会造成空间的增加，也就是常说的空间换时间。

/**
* 双向链表 vs 单向链表
* 操作数据的规模减少一半，因为可以从两个方向检索
*/

双向链表 VS 动态数组

/**
* 双向链表 vs 动态数组
* 动态数组：开辟，销毁内存空间的次数相对较少，但可能会造成内存空间的浪费（但可以通过缩容技术来解决）
* 双向链表：开辟，销毁内存空间的次数相对较多，但不会造成内存空间的浪费
*
* 注意事项：
* 1、如果频繁地在尾部进行添加，删除操作，动态数组和双向链表没什么区别，因为都是O(1)复杂度
* 2、如果频繁地在头部进行添加，删除操作，建议使用双向链表，因为动态数组是O(n)复杂度
* 3、如果频繁地在任意位置进行添加，删除操作，仍然建议使用双向链表，因为动态数组是有最坏情况的，比如向0处添加，删除元素
* 4、如果有频繁的查询操作（最近访问操作），建议使用动态数组，因为数组的访问是地址偏移量，是瞬间访问的，而链表则需要一个一个定位到index处
*
* 总结：动态数组增删慢，但是查询快；链表查询慢，但是增删快；
*/

单向循环链表

单向循环链表对比于普通的单向链表，唯一的区别就是：尾结点不指向null了，而是指向头结点，因此尾结点的next是头结点。当只有一个结点时，自己要指向自己。如下所示：

那么单向循环链表，对比于普通单向链表，有哪些接口需要额外注意呢？

这里大胆的设想一下：因为单向循环链表的尾结点要指向头结点，因此add或者remove头结点或者尾结点时，需要让循环链表仍然存在。比如：add元素到头部时，新头结点需要让尾结点指向；remove尾结点时，新尾结点就要指向头结点。同理，add元素到尾部，remove头结点也要考虑。

• 调用add(int index, Type element)函数，向单向循环链表里添加元素。我们需要额外注意什么细节呢？

1、向index=0处添加新的节点：创建新结点时，就完成指向原来头结点的工作。然后，让头结点指针指向新节点，最后把尾结点next指向新节点就完事了。

SingleCircleLinklist.Node<Type> newNode = new SingleCircleLinklist.Node<>(element,HeadNode);//新节点首先指向原来的HeadNode，
HeadNode = newNode;//然后将HeadNode指向此时的首节点（也就是新创建的节点）
TailNode.next = HeadNode; //尾结点指向头结点

但是，单向链表并没有尾结点指针，因此需要自己手动new一个。特别注意：new尾结点，需要node(size-1)，如果这句代码不在创建新节点之前new，那么new出来的尾结点就不是原来的尾结点，就是原来倒数第二个结点。因为node(index)函数是从头结点还是找，然后循环从for (int i = 0; i < index; i++)，如果传入的index = size -1，那就说明循环了size-1步，因为我头部已经添加了节点，那么节点数就变多了一个，仍然循环size-1步，就到不了尾结点。所以：要在插入新的头节点之前，把原来的尾结点取出来

Node<Type> lastNode = node(size-1);//先取出尾结点（一定要在改变HeadNode节点之前取出来，要不然就乱了）
Node<Type> TailNode = (size == 0) ? HeadNode : lastNode; // 如果此时链表还没有元素呢,那就用刚刚创建的HeadNode也当做尾结点

所以，向index=0处插入节点，完整代码如下：

if(index==0) {
    if(size == 0){
        //如果是首次添加，那就自己指向自己
        HeadNode = new SingleCircleLinklist.Node<>(element,HeadNode);
    }else {
        //如果不是首次添加

        Node<Type> lastNode = node(size-1);//先取出尾结点（一定要在改变HeadNode节点之前取出来，要不然就乱了）
        SingleCircleLinklist.Node<Type> newNode = new SingleCircleLinklist.Node<>(element,HeadNode);//新节点首先指向原来的HeadNode，
        HeadNode = newNode;//然后将HeadNode指向此时的首节点（也就是新创建的节点）

        //循环链表（尾结点指向头结点），需要注意在0处插入元素的情况
        Node<Type> TailNode = (size == 0) ? HeadNode : lastNode; // 如果此时链表还没有元素呢,那就用刚刚创建的HeadNode也当做尾结点
        TailNode.next = HeadNode; //尾结点指向头结点
    }

}

为什么要多一个size == 0的判断呢？因为，下面用到了node(size-1)，所以要额外判断一下size == 0。

2、只有不是在index=0处插入新结点，其他情况统统适用，代码如下：

SingleCircleLinklist.Node<Type> prevNode = node(index-1); //获取index-1处的节点
SingleCircleLinklist.Node<Type> newNode = new SingleCircleLinklist.Node<>(element,prevNode.next);//新节点先指向index处的节点，prevNode.next是index处节点
prevNode.next = newNode; //然后让prevNode指向newNode，然后就自动断开了和原本index处的连接

有人就要问了，在尾部插入新结点，这三行代码也适用？答案是：当然！

首先，SingleCircleLinklist.Node prevNode = node(index-1)其实表示取出原来尾部的结点，因为我在尾部插入，index传入的指定是size；

SingleCircleLinklist.Node newNode = new SingleCircleLinklist.Node<>(element,prevNode.next);这句代码干了什么事呢？答案是：新创建的结点指向了prevNode.next，也就是原来尾结点的next，也就是头结点！

最终再让原来的尾结点next指向新节点prevNode.next = newNode，就完事了。

OK，整个单向循环链表的add操作整合如下：

/**
 * 向指定index处插入一个节点，比如向1处插入一个节点，原来的1就变成了2，原来的0还是0
 * Node.next指向的是整个节点，而不是指向的节点里的element或者next
 * @param index
 * @param element
 */
@Override
public void add(int index, Type element) {

    if(index==0) {
        if(size == 0){
            //如果是首次添加，那就自己指向自己
            HeadNode = new SingleCircleLinklist.Node<>(element,HeadNode);
        }else {
            //如果不是首次添加

            Node<Type> lastNode = node(size-1);//先取出尾结点（一定要在改变HeadNode节点之前取出来，要不然就乱了）
            HeadNode = new SingleCircleLinklist.Node<>(element,HeadNode);//新节点首先指向原来的HeadNode，然后将HeadNode指向此时的首节点（也就是新创建的节点）

            //循环链表（尾结点指向头结点），需要注意在0处插入元素的情况
            Node<Type> TailNode = lastNode; 
            TailNode.next = HeadNode; //尾结点指向头结点
        }

    }
    else {
        SingleCircleLinklist.Node<Type> prevNode = node(index-1); //获取index-1处的节点
        SingleCircleLinklist.Node<Type> newNode = new SingleCircleLinklist.Node<>(element,prevNode.next);//新节点先指向index处的节点，prevNode.next是index处节点
        prevNode.next = newNode; //然后让prevNode指向newNode，然后就自动断开了和原本index处的连接
    }
    size++;//链表长度++

}

• 调用remove(int index)，删除指定index处的结点，我们需要额外注意什么细节呢？

1、想想删除index=0时的头结点，需要额外处理什么东西吗？答案是：需要尾结点指向新的头结点。时刻注意，单向链表是没有尾结点指针的，需要自己手动指向。为什么要单把size==1拿出来，因为else里有node(index+1)，如果链表只剩最后一个节点，node(index+1)是会出现越界行为的。

if(index==0){

   if(size ==1){
       //如果只剩下一个节点，那就直接清空头结点就好了
       HeadNode = null;

   }else {
       //如果不是只有一个节点的特殊情况

       Node<Type> TailNode = node(size-1); //必须写在HeadNode = node(index+1);的前面，因为node是依赖HeadNode查找，如果HeadNode更改了指向，TailNode就会向后移位
       HeadNode = node(index+1);//真正的删除头结点操作，让node(index)失去被指

       //单向循环链表，删除头结点后，要拿到最后一个节点，然后指向新的头结点
       TailNode.next = HeadNode;
   }

}

2、当我删除的不是头结点时，还要注意删除的是不是尾结点。因为尾结点删除之后，新的尾结点要把‘环’连上，这一步是需要额外做的。

else{
    if(index==size-1){
        SingleCircleLinklist.Node<Type> prevNode = node(index-1); //取出前一个节点
        prevNode.next = HeadNode; //把环连上
    }else {
        SingleCircleLinklist.Node<Type> prevNode = node(index-1); //取出前一个节点
        prevNode.next = node(index+1); //前一个节点指向下一个节点，即前一个节点不指向当前index节点，那么当前节点就自动销毁了
    }
}

单向循环链表需要注意的点：
1、add和remove的时候，需要在index=0的时候做一些特殊处理
2、就是让TailNode指向add新添加的，或者remove掉0处之后的HeadNode
3、要注意size=0时的add，有自己指向自己的操作；和size=1时的remove，头结点清空就行了

双向循环链表

之前的双向链表，头结点的prev指向null，尾结点的next指向null。然而，对于双向循环链表来说，头结点的prev指向尾结点，尾结点的next指向头结点。就如下图所示：

通过单向循环链表的学习，我们大致可以猜到，双向循环链表需要改动的地方应该也是add和remove。接下来看看具体需要注意的细节。

• add(int index, Type element)函数。需要考虑的无非是：是否是尾部添加；尾部添加时链表是否是首次添加元素；

1、考虑普通情况下，向尾部添加元素。取出原来的尾结点node(index-1)；创建新节点new Node<>(node,element,HeadNode)，这一步完成prev指向原来的尾结点，next指向头结点；尾结点指针指向新的尾结点TailNode = new Node<>(node,element,HeadNode)；头结点的prev指向新的尾结点HeadNode.prev = TailNode；原来尾结点的next指向新的尾结点node.next = TailNode;

//说明此时链表已经有节点了
Node<Type> node = node(index-1); //获取想要插入的index的点，因为我传入的是size
TailNode = new Node<>(node,element,HeadNode);//让尾结点指向新添加的节点，新添加的节点：prev指向上次的TailNode，next指向HeadNode
HeadNode.prev = TailNode;//HeadNode的prev指向TailNode
node.next = TailNode; //上次的尾结点的下一个是新添加的尾结点

2、考虑初始链表没有结点时，向尾部添加元素。先创建一个新节点new Node<>(HeadNode,element,TailNode)，prev指向HeadNode，next指向TailNode。然后让头结点或者尾结点指针先指向这个新节点，然后另一个指针再指向这个节点就行了。

//说明此时链表没有节点，这是首次添加节点，那么头结点和尾结点都指向同一个节点，那就是相等
TailNode = new Node<>(HeadNode,element,TailNode);
HeadNode = TailNode;

3、考虑普通情况下，向中间位置添加元素。跟之前一样，把四根线都指完就行

//不是最后一位添加元素
Node<Type> node = node(index); //获取想要插入的index点
Node<Type> newNode = new Node<>(node.prev,element,node); //新插入的节点的prev要指向index处节点的上一个节点，元素就是element，指向的下一个节点就是index处的节点
//如果插入的地方不是头结点，那就用index处的上一个节点指向新节点就可以了
node.prev.next = newNode; //原本index处的上一个节点的也要指向新节点（next指向）
node.prev = newNode; //原本index处的节点要指向新节点（prev指向）

4、考虑正常情况下，向头部位置添加元素。说明此时index=0，那么node = node(index)其实就是头结点，关键的来了：newNode = new Node<>(node.prev,element,node);这一句代码完成了新节点next指向头结点，同时新节点的prev指向了node.prev，其实就是尾结点！因为插入之前，双向循环就已经成立了。那就把剩下两条线补齐就行了 HeadNode = newNode;和node.prev = newNode;

//不是最后一位添加元素
Node<Type> node = node(index); //获取想要插入的index点
Node<Type> newNode = new Node<>(node.prev,element,node); //新插入的节点的prev要指向index处节点的上一个节点，元素就是element，指向的下一个节点就是index处的节点

if(index == 0){
    //把节点插入到首节点处，就得直接用HeadNode指向，也就说明newNode变成了HeadNode
    HeadNode = newNode;
}
node.prev = newNode; //原本index处的节点要指向新节点（prev指向）

整合所有情况，双向循环链表的add操作如下：

/**
 * 向指定index处插入一个节点，比如向1处插入一个节点，原来的1就变成了2，原来的0还是0
 * Node.next指向的是整个节点，而不是指向的节点里的element或者next
 * @param index
 * @param element
 */
@Override
public void add(int index, Type element) {

    rangeCheckForAppend(index);

    if (index == size){
        //往最后面添加元素
        if(index == 0){
            //说明此时链表没有节点，这是首次添加节点，那么头结点和尾结点都指向同一个节点，那就是相等
            TailNode = new Node<>(HeadNode,element,TailNode);
            HeadNode = TailNode;
        }else {
            //说明此时链表已经有节点了
            Node<Type> node = node(index-1); //获取想要插入的index的点，因为我传入的是size
            TailNode = new Node<>(node,element,HeadNode);//让尾结点指向新添加的节点，新添加的节点：prev指向上次的TailNode，next指向HeadNode
            HeadNode.prev = TailNode;//HeadNode的prev指向TailNode
            node.next = TailNode; //上次的尾结点的下一个是新添加的尾结点
        }

    }else {
        //不是最后一位添加元素
        Node<Type> node = node(index); //获取想要插入的index点
        Node<Type> newNode = new Node<>(node.prev,element,node); //新插入的节点的prev要指向index处节点的上一个节点，元素就是element，指向的下一个节点就是index处的节点

        if(index == 0){
            //把节点插入到首节点处，就得直接用HeadNode指向，也就说明newNode变成了HeadNode
            HeadNode = newNode;

        }else {
            //如果插入的地方不是头结点，那就用index处的上一个节点指向新节点就可以了
            node.prev.next = newNode; //原本index处的上一个节点的也要指向新节点（next指向）
        }
        node.prev = newNode; //原本index处的节点要指向新节点（prev指向）

    }
    size++;//链表长度++
}

看到这里，应该明白双向循环链表一个特别之处就是：头结点和尾结点被三根线指向，其余结点被两根线指向。所以在设计双向循环链表时，在头尾结点处不要疏忽丢掉任何一根线。

• remove(int index)函数，有哪些细节需要注意呢？

1、删除头结点时，让头节点指针指向下一个node(index+1)，然后让node(index+1).prev指向尾结点就行了。但是要考虑删除完头结点，链表为空的情况。也就是当size == 1时，只需要让头结点指针和尾结点指针都指向null就行。

if(index == 0){
   //如果删除的首节点
   if(size == 1){
       //如果删除完，就清空了链表
       HeadNode = null;
       TailNode = null;

   }else {
       //如果删除完该节点，链表没有清空
       HeadNode = node(index+1);
       node(index+1).prev = TailNode;//由于是双向循环，因此头结点的prev要指向尾结点
   }

}

2、删除的不是头结点时，假如删除正常节点，那就让index节点的前一个和后一个各自指就行了，index处就会自动消失。如果删除的是尾结点，那就需要让新的尾结点指向头结点node(index-1).next = HeadNode，当然还有尾结点指针指向新的index-1处的节点TailNode = node(index-1);。

else {
    if(index == (size-1)){
        //如果删除的是尾结点
        TailNode = node(index-1);
        node(index-1).next = HeadNode; //由于是双向循环，因此尾结点的next要指向头结点
    }else {
        //如果删除的是中间的节点
        node(index-1).next = node(index+1);//上一个节点指向下一个（next指向）
        node(index+1).prev = node(index-1);//下一个节点指向上一个（prev指向）
    }

}

于是，整合起来，remove整体代码如下：

/**
 * 删除指定index处的节点
 * @param index
 */
@Override
public Type remove(int index) {

    rangeCheck(index);

    Node<Type> oldNode = node(index); //获取之前的节点，并返回元素

    if(index == 0){
        //如果删除的首节点
        if(size == 1){
            //如果删除完，就清空了链表
            HeadNode = null;
            TailNode = null;

        }else {
            //如果删除完该节点，链表没有清空
            HeadNode = node(index+1);
            node(index+1).prev = TailNode;//由于是双向循环，因此头结点的prev要指向尾结点
        }

    }else {

        if(index == (size-1)){
            //如果删除的是尾结点
            TailNode = node(index-1);
            node(index-1).next = HeadNode; //由于是双向循环，因此尾结点的next要指向头结点
        }else {
            //如果删除的是中间的节点
            node(index-1).next = node(index+1);//上一个节点指向下一个（next指向）
            node(index+1).prev = node(index-1);//下一个节点指向上一个（prev指向）
        }


    }
    size--;
    return oldNode.element;
}

链表总结

无论是单向链表、单向循环链表、双向链表、双向循环链表，都只是为存储数据所做的额外操作。我们使用者在接口处，只能感觉到‘数组’式的数据，即只有element，根本体会不到next指针，prev指针的存在。

链表在使用者眼里，就是一个高级数组，功能更多的数组，仅此而已！！！！！因为我们是框架的设计者，所以才要考虑整篇文章的事情，但是我们更加清楚细节了不是吗~

还有一些框架设计时，细节之处：

• 用node(index-1)或者node(index+1)时要好好想想边界条件满不满足
• 不被gc root对象指着，就得挂，也就意味着，我们在删除某个节点时，只需要把指向它的线都断掉
• 单向链表任何一个节点都只有一条线指着；单向循环链表头结点被两条线指着；双向链表任何一个节点都被两条线指着；双向循环链表头结点和尾结点被三条线指着
• Java中没有指针的概念，只有引用的概念。
• 等式左右两边的意思是：左边（指针）指向 右边（结点），要充分理解这个感觉