二叉树是树的一种特殊形式，每个节点最多有两个孩子节点。二叉查找树是用来查找数据的，在二叉树的基础上，增加了几个规则：1.如果左子树不为空，则左子树上所有节点的值均小于根节点的值；2.如果右子树不为空，则右子树上所有节点的值均大于根节点的值；3.左、右子树也都是二叉查找树。也就是说，二分搜索树每一个节点都大于其左子树的任意一个节点，小于右子树的任意一个节点。中序遍历时，遍历的元素是从小到大的。

public class BST<E extends Comparable<E>> {

    private class Node {
        public E e;
        public Node left;
        public Node right;

        public Node(E e) {
            this.e = e;
            left = null;
            right = null;
        }
    }

    private Node root;
    private int size;

    public BST() {
        root = null;
        size = 0;
    }

    /**
     * 获取元素个数
     *
     * @return 元素个数
     */
    public int getSize() {
        return size;
    }

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

    /**
     * 向二分搜索树中添加新的元素e
     *
     * @param e 要添加的元素e
     */
    public void add(E e) {
        root = add(root, e);
    }

    /**
     * 向以node为根的二分搜索树中插入元素e,递归算法
     *
     * @param node 根
     * @param e    要插入的元素
     * @return 返回插入新节点后二分搜索树的根
     */
    private Node add(Node node, E e) {
        if (node == null) {
            size++;
            return new Node(e);
        }

        if (e.compareTo(node.e) < 0) {
            node.left = add(node.left, e);
        } else if (e.compareTo(node.e) > 0) {
            node.right = add(node.right, e);
        }
        return node;
    }

    /**
     * 看二分搜索树中是否包含元素e
     *
     * @param e 元素
     * @return 是否包含元素e
     */
    public boolean contains(E e) {
        return contains(root, e);
    }

    private boolean contains(Node node, E e) {
        if (node == null) {
            return false;
        }

        if (e.compareTo(node.e) == 0) {
            return true;
        } else if (e.compareTo(node.e) < 0) {
            return contains(node.left, e);
        } else {
            return contains(node.right, e);
        }
    }

    /**
     * 二分搜索树的前序遍历
     */
    public void preOrder() {
        preOrder(root);
    }

    /**
     * 前序遍历以node为根的二分搜索树，递归算法
     *
     * @param node
     */
    private void preOrder(Node node) {
        if (node == null) {
            return;
        }

        System.out.println(node.e);

        if (node.left != null) {
            preOrder(node.left);
        }

        if (node.right != null) {
            preOrder(node.right);
        }
    }

    /**
     * 前序遍历，非递归算法实现
     */
    public void preOrderNR() {
        Stack<Node> stack = new Stack<>();
        stack.push(root);
        while (!stack.isEmpty()) {
            Node node = stack.pop();
            System.out.println(node.e);
            if (node.right != null) {
                stack.push(node.right);
            }
            if (node.left != null) {
                stack.push(node.left);
            }
        }
    }

    /**
     * 二分搜索树的中序遍历
     */
    public void inOrder() {
        inOrder(root);
    }

    /**
     * 中序遍历以node为根的二分搜索树，递归算法
     *
     * @param node
     */
    private void inOrder(Node node) {
        if (node == null) {
            return;
        }

        if (node.left != null) {
            inOrder(node.left);
        }

        System.out.println(node.e);

        if (node.right != null) {
            inOrder(node.right);
        }
    }

    /**
     * 二分搜索树的中序遍历
     */
    public void postOrder() {
        postOrder(root);
    }

    /**
     * 中序遍历以node为根的二分搜索树，递归算法
     *
     * @param node
     */
    private void postOrder(Node node) {
        if (node == null) {
            return;
        }

        if (node.left != null) {
            postOrder(node.left);
        }
        if (node.right != null) {
            postOrder(node.right);
        }
        System.out.println(node.e);
    }

    /**
     * 二分搜索树的层序遍历
     */
    public void levelOrder() {
        Queue<Node> queue = new LinkedList<>();
        queue.add(root);

        while (!queue.isEmpty()) {
            Node node = queue.remove();
            System.out.println(node.e);
            if (node.left != null) {
                queue.add(node.left);
            }
            if (node.right != null) {
                queue.add(node.right);
            }
        }
    }

    /**
     * 寻找二分搜索树中的最小元素
     *
     * @return
     */
    public E minimum() {
        if (isEmpty()) {
            throw new IllegalArgumentException("BST is empty!");
        }
        return minimum(root).e;
    }

    public Node minimum(Node node) {
        if (node.left == null) {
            return node;
        }
        return minimum(node.left);
    }

    /**
     * 寻找二分搜索树中的最大元素
     *
     * @return
     */
    public E maximum() {
        if (isEmpty()) {
            throw new IllegalArgumentException("BST is empty!");
        }
        return maximum(root);
    }

    public E maximum(Node node) {
        if (node.right == null) {
            return node.e;
        }
        return maximum(node.right);
    }

    /**
     * 从二分搜索树中删除最小值所在节点，返回最小值
     *
     * @return 最小值
     */
    public E removeMin() {
        E ret = minimum();
        root = removeMin(root);
        return ret;
    }

    /**
     * 删掉以node为根的二分搜索树中的最小节点，返回删除节点后新的根
     *
     * @param node
     */
    public Node removeMin(Node node) {
        if (node.left == null) {
            Node rightNode = node.right;
            node.right = null;
            size--;
            return rightNode;
        }
        node.left = removeMin(node.left);
        return node;
    }

    /**
     * 从二分搜索树中删除最小值所在节点，返回最小值
     *
     * @return 最小值
     */
    public E removeMax() {
        E ret = minimum();
        root = removeMax(root);
        return ret;
    }

    /**
     * 删掉以node为根的二分搜索树中的最小节点，返回删除节点后新的根
     *
     * @param node
     */
    public Node removeMax(Node node) {
        if (node.right == null) {
            Node leftNode = node.left;
            node.left = null;
            size--;
            return leftNode;
        }
        node.right = removeMax(node.right);
        return node;
    }

    /**
     * 从二分搜索树中删除元素为e的节点
     *
     * @param e
     */
    public void remove(E e) {
        root = remove(root, e);
    }

    /**
     * 删除掉以node为根的二分搜索树中值为e的节点, 递归算法
     *
     * @param node 根节点
     * @param e    要删除的元素
     * @return 删除节点后新的二分搜索树的根
     */
    private Node remove(Node node, E e) {
        if (node == null) {
            return null;
        }

        if (e.compareTo(node.e) < 0) {
            node.left = remove(node.left, e);
            return node;
        } else if (e.compareTo(node.e) > 0) {
            node.right = remove(node.right, e);
            return node;
        } else {   // e.compareTo(node.e) == 0

            // 待删除节点左子树为空的情况
            if (node.left == null) {
                Node rightNode = node.right;
                node.right = null;
                size--;
                return rightNode;
            }

            // 待删除节点右子树为空的情况
            if (node.right == null) {
                Node leftNode = node.left;
                node.left = null;
                size--;
                return leftNode;
            }

            // 待删除节点左右子树均不为空的情况

            // 找到比待删除节点大的最小节点, 即待删除节点右子树的最小节点
            // 用这个节点顶替待删除节点的位置
            Node successor = minimum(node.right);
            successor.right = removeMin(node.right);
            successor.left = node.left;

            node.left = node.right = null;

            return successor;
        }
    }

    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        generateBSTString(root, 0, res);
        return res.toString();
    }

    /**
     * 生成以node为根节点，深度为depth的描述二叉树的字符串
     *
     * @param node
     * @param depth
     * @param res
     */
    private void generateBSTString(Node node, int depth, StringBuilder res) {

        if (node == null) {
            res.append(generateDepthString(depth)).append("null\n");
            return;
        }

        res.append(generateDepthString(depth)).append(node.e).append("\n");
        generateBSTString(node.left, depth + 1, res);
        generateBSTString(node.right, depth + 1, res);
    }

    private String generateDepthString(int depth) {
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        for (int i = 0; i < depth; i++) {
            res.append("--");
        }
        return res.toString();
    } 
}

链表是真正的动态数据结构。

public class LinkedList<E> {

    private class Node {
        /**
         * 节点数据
         */
        public E e;
        /**
         * 下一个节点
         */
        public Node next;

        /**
         * 构造函数
         *
         * @param e    要存储的元素
         * @param next 下一个节点
         */
        public Node(E e, Node next) {
            this.e = e;
            this.next = next;
        }

        /**
         * 构造函数
         *
         * @param e 要存储的元素
         */
        public Node(E e) {
            this(e, null);
        }

        /**
         * 无参构造函数
         */
        public Node() {
            this(null, null);
        }

        @Override
        public String toString() {
            return e.toString();
        }
    }

    /**
     * 虚拟头节点
     */
    private final Node dummyHead;

    /**
     * 元素个数
     */
    private int size;

    /**
     * 无参构造函数
     */
    public LinkedList() {
        dummyHead = new Node();
        size = 0;
    }

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

    /**
     * 获取链表中元素的个数
     *
     * @return 链表中元素的个数
     */
    public int getSize() {
        return size;
    }

    /**
     * 在链表的index(0-based)位置添加新的元素e
     * (在链表中不是一个常用的操作，练习用)
     *
     * @param index 索引
     * @param e     要添加的元素e
     */
    public void add(int index, E e) {
        if (index < 0 || index > size) {
            throw new IllegalArgumentException("Add failed. Illegal index.");
        }

        Node prev = dummyHead;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            prev = prev.next;
        }

        Node node = new Node(e);
        node.next = prev.next;
        prev.next = node;

        size++;
    }

    /**
     * 在链表头添加元素
     *
     * @param e 要添加的元素
     */
    public void addFirst(E e) {
        add(0, e);
    }

    /**
     * 在链表尾部添加元素e
     *
     * @param e 要添加的元素
     */
    public void addLast(E e) {
        add(size, e);
    }

    /**
     * 获取链表的第index(0-based)个位置的元素
     * (在链表中不是一个常用的操作，练习用)
     *
     * @param index 索引
     * @return 元素
     */
    public E get(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            throw new IllegalArgumentException("Get failed. Illegal index.");
        }

        Node cur = dummyHead.next;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            cur = cur.next;
        }
        return cur.e;
    }

    /**
     * 获取第一个元素
     *
     * @return 第一个元素
     */
    public E getFirst() {
        return get(0);
    }

    /**
     * 获取最后一个元素
     *
     * @return 最后一个元素
     */
    public E getLast() {
        return get(size - 1);
    }

    /**
     * 修改链表的第index(0-based)个位置的元素为e
     * (在链表中不是一个常用的操作，练习用)
     *
     * @param index 索引
     * @param e     要修改成的元素
     */
    public void set(int index, E e) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            throw new IllegalArgumentException("Set failed. Illegal index.");
        }
        Node cur = dummyHead.next;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            cur = cur.next;
        }
        cur.e = e;
    }

    /**
     * 是否包含元素e
     *
     * @param e 元素
     * @return 是否包含
     */
    public boolean contains(E e) {
        Node cur = dummyHead.next;
        while (cur != null) {
            if (cur.e.equals(e)) {
                return true;
            }
            cur = cur.next;
        }
        return false;
    }

    /**
     * 从链表中删除元素e
     *
     * @param e 要删除的元素
     */
    public void removeElement(E e) {
        Node prev = dummyHead;
        while (prev.next != null) {
            if (prev.next.e.equals(e)) {
                break;
            }
            prev = prev.next;
        }

        if (prev.next != null) {
            Node delNode = prev.next;
            prev.next = delNode.next;
            delNode.next = null;
            size--;
        }
    }

    /**
     * 从链表中删除index(0-based)位置的元素，返回删除的元素
     *
     * @param index 索引位置
     * @return 删除的元素
     */
    public E remove(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            throw new IllegalArgumentException("Remove failed. Illegal index.");
        }

        Node prev = dummyHead;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            prev = prev.next;
        }
        Node delNode = prev.next;
        prev.next = prev.next.next;
        delNode.next = null;

        size--;

        return delNode.e;
    }

    /**
     * 删除第一个元素
     *
     * @return 第一个元素
     */
    public E removeFirst() {
        return remove(0);
    }

    /**
     * 删除最后一个元素
     *
     * @return 最后一个元素
     */
    public E removeLast() {
        return remove(size - 1);
    }

    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        Node cur = dummyHead.next;
        while (cur != null) {
            res.append(cur).append("->");
            cur = cur.next;
        }
        res.append("NULL");
        return res.toString();
    }

}

队列是一种先进先出的数据结构。

public interface Queue<E> {

    /**
     * 入队
     *
     * @param e 元素
     */
    void enqueue(E e);

    /**
     * 出队
     *
     * @return 队首元素
     */
    E dequeue();

    /**
     * 查看队首元素
     *
     * @return 队首元素
     */
    E getFront();

    /**
     * 队列里是否包含元素
     *
     * @return 是否包含
     */
    boolean isEmpty();

    /**
     * 获取队列里元素的个数
     *
     * @return 队列元素个数
     */
    int getSize();

}

基于动态数组的队列

public class ArrayQueue<E> implements Queue<E> {

    /**
     * 底层基于动态数组
     */
    private Array<E> data;

    /**
     * 构造函数，指定容量
     *
     * @param capacity 容量
     */
    public ArrayQueue(int capacity) {
        data = new Array<>(capacity);
    }

    /**
     * 无参构造函数，默认容量为10
     */
    public ArrayQueue() {
        this(10);
    }

    @Override
    public void enqueue(E e) {
        data.addLast(e);
    }

    @Override
    public E dequeue() {
        return data.removeFirst();
    }

    @Override
    public E getFront() {
        return data.getFirst();
    }

    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return data.isEmpty();
    }

    @Override
    public int getSize() {
        return data.getSize();
    }

    /**
     * 获取容量
     *
     * @return 容量
     */
    public int getCapacity() {
        return data.getCapacity();
    }

    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        res.append("Queue: ");
        res.append("front [");
        for (int i = 0; i < data.getSize(); i++) {
            res.append(data.get(i));
            if (i != data.getSize() - 1) {
                res.append(", ");
            }
        }
        res.append("] tail");
        return res.toString();
    }

}

循环队列

/**
 * 循环队列 front == tail 时队列为空；tail + 1 == front时队列满
 */
public class LoopQueue<E> implements Queue<E> {

    /**
     * 底层基于静态数组
     */
    private E[] data;
    /**
     * 队首索引
     */
    private int front;
    /**
     * 队尾索引
     */
    private int tail;
    /**
     * 元素个数
     */
    private int size;

    /**
     * 构造函数，指定容量
     *
     * @param capacity 容量
     */
    public LoopQueue(int capacity) {
        data = (E[]) new Object[capacity + 1];
        front = 0;
        tail = 0;
        size = 0;
    }

    /**
     * 无参构造函数，默认容量为10
     */
    public LoopQueue() {
        this(10);
    }

    @Override
    public void enqueue(E e) {
        if ((tail + 1) % data.length == front) {
            //循环队列满了，扩容
            resize(getCapacity() * 2);
        }

        data[tail] = e;
        tail = (tail + 1) % data.length;
        size++;
    }

    @Override
    public E dequeue() {
        if (isEmpty()) {
            throw new IllegalArgumentException("Cannot dequeue from an empty queue.");
        }

        E ret = data[front];
        data[front] = null;

        front = (front + 1) % data.length;
        size--;

        if (size == getCapacity() / 4 && getCapacity() / 2 != 0) {
            resize(getCapacity() / 2);
        }

        return ret;
    }

    @Override
    public E getFront() {
        if (isEmpty()) {
            throw new IllegalArgumentException("Queue is Empty.");
        }
        return data[front];
    }

    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return front == tail;
    }

    @Override
    public int getSize() {
        return size;
    }

    /**
     * 获取容量
     *
     * @return 容量
     */
    public int getCapacity() {
        return data.length - 1;
    }

    /**
     * 扩容或缩容
     *
     * @param newCapacity 新的容量
     */
    private void resize(int newCapacity) {
        E[] newData = (E[]) new Object[newCapacity + 1];
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            newData[i] = data[(i + front) % data.length];
        }
        data = newData;
        front = 0;
        tail = size;
    }

    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        res.append(String.format("Queue: size = %d , capacity = %d%n", size, getCapacity()));
        res.append("front [");
        for (int i = front; i != tail; i = (i + 1) % data.length) {
            res.append(data[i]);
            if ((i + 1) % data.length != tail) {
                res.append(", ");
            }
        }
        res.append("] tail");
        return res.toString();
    }

}

基于链表的队列

public class LinkedListQueue<E> implements Queue<E> {

    private class Node {
        public E e;
        public Node next;

        public Node(E e, Node next) {
            this.e = e;
            this.next = next;
        }

        public Node(E e) {
            this(e, null);
        }

        public Node() {
            this(null, null);
        }

        @Override
        public String toString() {
            return e.toString();
        }
    }

    /**
     * 队首
     */
    private Node head;
    /**
     * 队尾
     */
    private Node tail;
    /**
     * 元素个数
     */
    private int size;

    /**
     * 无参构造器
     */
    public LinkedListQueue() {
        head = null;
        tail = null;
        size = 0;
    }

    @Override
    public void enqueue(E e) {
        if (tail == null) {
            tail = new Node(e);
            head = tail;
        } else {
            tail.next = new Node(e);
            tail = tail.next;
        }
        size++;
    }

    @Override
    public E dequeue() {
        if (isEmpty()) {
            throw new IllegalArgumentException("Queue is empty.");
        }

        Node node = head;
        head = head.next;
        node.next = null;
        size--;

        if (head == null) {
            tail = null;
        }

        return node.e;
    }

    @Override
    public E getFront() {
        if (isEmpty()) {
            throw new IllegalArgumentException("Queue is empty.");
        }
        return head.e;
    }

    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }

    @Override
    public int getSize() {
        return size;
    }

    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        res.append("Queue: front ");
        Node cur = head;
        while (cur != null) {
            res.append(cur).append("->");
            cur = cur.next;
        }
        res.append("NULL tail");
        return res.toString();
    }

}

栈是一种后进先出的数据结构。只能从栈顶存入元素和取出元素。

public interface Stack<E> {

    /**
     * 入栈
     *
     * @param e 要入栈的元素
     */
    void push(E e);

    /**
     * 查看栈顶元素
     *
     * @return 栈顶元素
     */
    E peek();

    /**
     * 出栈
     *
     * @return 栈顶元素
     */
    E pop();

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

    /**
     * 获取栈中元素的个数
     *
     * @return 栈中元素的个数
     */
    int getSize();

}

基于动态数组的栈

public class ArrayStack<E> implements Stack<E> {

    /**
     * 底层基于动态数组
     */
    private Array<E> data;

    /**
     * 构造函数
     *
     * @param capacity 初始容量
     */
    public ArrayStack(int capacity) {
        data = new Array<>(capacity);
    }

    /**
     * 构造函数，初始容量为10
     */
    public ArrayStack() {
        this(10);
    }

    @Override
    public void push(E e) {
        data.addLast(e);
    }

    @Override
    public E peek() {
        return data.getLast();
    }

    @Override
    public E pop() {
        return data.removeLast();
    }

    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return data.isEmpty();
    }

    @Override
    public int getSize() {
        return data.getSize();
    }

    /**
     * ArrayStack独有
     *
     * @return 容量
     */
    public int getCapacity() {
        return data.getCapacity();
    }


    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        res.append("Stack: ");
        res.append("[");
        for (int i = 0; i < data.getSize(); i++) {
            res.append(data.get(i));
            if (i != data.getSize() - 1) {
                res.append(", ");
            }
        }
        res.append("] top");
        return res.toString();
    }

}

基于链表的栈

public class LinkedListStack<E> implements Stack<E> {

    /**
     * 底层基于链表
     */
    private LinkedList<E> data;

    /**
     * 无参构造函数
     */
    public LinkedListStack() {
        data = new LinkedList<>();
    }

    @Override
    public void push(E e) {
        data.addFirst(e);
    }

    @Override
    public E peek() {
        return data.getFirst();
    }

    @Override
    public E pop() {
        return data.removeFirst();
    }

    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return data.isEmpty();
    }

    @Override
    public int getSize() {
        return data.getSize();
    }

    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        res.append("Stack: top ");
        res.append(data);
        return res.toString();
    }

}

基于Java静态数组的动态数组。可自动扩容缩容，支持泛型。

public class Array<E> {

    /**
     * 底层静态数组
     */
    private E[] data;
    /**
     * 有多少个元素
     */
    private int size;

    /**
     * 构造函数，传入数组的容量capacity构造Array
     *
     * @param capacity 容量
     */
    public Array(int capacity) {
        data = (E[]) new Object[capacity];
        size = 0;
    }

    /**
     * 无参数的构造函数，默认数组的容量capacity=10
     */
    public Array() {
        this(10);
    }

    /**
     * 以数组为参数的构造函数
     *
     * @param arr 数组
     */
    public Array(E[] arr) {
        data = (E[]) new Object[arr.length];
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            data[i] = arr[i];
        }
        size = arr.length;
    }

    /**
     * 获取数组的容量
     *
     * @return 容量
     */
    public int getCapacity() {
        return data.length;
    }

    /**
     * 获取数组中的元素个数
     *
     * @return 元素个数
     */
    public int getSize() {
        return size;
    }

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

    /**
     * 获取index索引位置的元素
     *
     * @param index 索引
     * @return 元素
     */
    public E get(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            throw new IllegalArgumentException("Get failed. Index is illegal.");
        }
        return data[index];
    }

    /**
     * 获取第一个元素
     *
     * @return 第一个元素
     */
    public E getFirst() {
        return get(0);
    }

    /**
     * 获取最后一个元素
     *
     * @return 最后一个元素
     */
    public E getLast() {
        return get(size - 1);
    }

    /**
     * 查找数组中是否有元素e
     *
     * @param e 元素
     * @return 是否包含
     */
    public boolean contains(E e) {
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            if (data[i].equals(e)) {
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

    /**
     * 查找数组中元素e所在的索引，如果不存在元素e，则返回-1
     *
     * @param e 元素
     * @return 索引，不存在则返回-1
     */
    public int find(E e) {
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            if (data[i].equals(e)) {
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }

    /**
     * 修改index索引位置的元素为e
     *
     * @param index 索引
     * @param e     元素
     */
    public void set(int index, E e) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            throw new IllegalArgumentException("Set failed. Index is illegal.");
        }
        data[index] = e;
    }

    /**
     * 将数组空间的容量变成newCapacity大小
     *
     * @param newCapacity 容量
     */
    private void resize(int newCapacity) {
        E[] newData = (E[]) new Object[newCapacity];
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            newData[i] = data[i];
        }
        data = newData;
    }

    /**
     * 在index索引的位置插入一个新元素e
     *
     * @param index 索引
     * @param e     元素
     */
    public void add(int index, E e) {
        if (index < 0 || index > size) {
            throw new IllegalArgumentException("Add failed. Require index >= 0 and index <= size.");
        }
        //扩容
        if (size == data.length) {
            resize(2 * data.length);
        }
        //复制
        for (int i = size - 1; i >= index; i--) {
            data[i + 1] = data[i];
        }

        data[index] = e;

        size++;
    }

    /**
     * 在所有元素前添加一个新元素
     *
     * @param e 要添加的元素
     */
    public void addFirst(E e) {
        add(0, e);
    }

    /**
     * 向所有元素后添加一个新元素
     *
     * @param e 要添加的元素
     */
    public void addLast(E e) {
        add(size, e);
    }

    /**
     * 从数组中删除index位置的元素, 返回删除的元素
     *
     * @param index 索引
     * @return 删除的元素
     */
    public E remove(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            throw new IllegalArgumentException("Remove failed. Index is illegal.");
        }

        E ret = data[index];
        for (int i = index + 1; i < size; i++) {
            data[i - 1] = data[i];
        }
        size--;
        // loitering objects != memory leak
        data[size] = null;

        if (size == data.length / 4 && data.length / 2 != 0) {
            resize(data.length / 2);
        }
        return ret;
    }

    /**
     * 从数组中删除第一个元素, 返回删除的元素
     *
     * @return 删除的元素
     */
    public E removeFirst() {
        return remove(0);
    }

    /**
     * 从数组中删除最后一个元素, 返回删除的元素
     *
     * @return 删除的元素
     */
    public E removeLast() {
        return remove(size - 1);
    }

    /**
     * 从数组中删除元素e
     *
     * @param e 元素
     */
    public void removeElement(E e) {
        int index = find(e);
        if (index != -1) {
            remove(index);
        }
    }

    /**
     * 交换数组元素的值
     *
     * @param i 索引
     * @param j 索引
     */
    public void swap(int i, int j) {
        if (i < 0 || i >= size || j < 0 || j >= size) {
            throw new IllegalArgumentException("Index is illegal.");
        }

        E temp = data[i];
        data[i] = data[j];
        data[j] = temp;
    }

    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        res.append(String.format("Array: size = %d , capacity = %d%n", size, data.length));
        res.append('[');
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            res.append(data[i]);
            if (i != size - 1) {
                res.append(", ");
            }
        }
        res.append(']');
        return res.toString();
    }

}