C++ 手把手教你實現(xiàn)可變長的數(shù)組

01 實現(xiàn)自定義的可變長數(shù)組類型

假設(shè)我們要實現(xiàn)一個會自動擴展的數(shù)組,要實現(xiàn)什么函數(shù)呢?先從下面的main函數(shù)給出的實現(xiàn),看看有什么函數(shù)是需要我們實現(xiàn)的。

int main()
{
    MyArray a;  // 初始化的數(shù)組是空的
    for(int i = 0; i < 5; ++i)
        a.push_back(i); // push_back是成員函數(shù)
        
    MyArray a2,a3;
    a2 = a; // 重載賦值運算符函數(shù)
    
    // 由于上一句a2 = a語句,所以a.length()實際上就是a2.length()
    for(int i = 0; i < a.length(); ++i) 
        cout << a2[i] << " ";
    
    a2 = a3; // a2是空的數(shù)組
    for(int i = 0; i < a2.length(); ++i) // a2.length()返回0
        cout << a2[i] << " ";
    cout << endl;
    
    a[3] = 100;    // 重載[]運算符函數(shù)
    MyArray a4(a); // 重載復(fù)制構(gòu)造函數(shù)
    
    for(int i = 0; i < a4.length(); ++i)
        cout << a4[i] << " ";
    
    return 0;
}

輸出結(jié)果:

0 1 2 3 4
0 1 2 100 4

要實現(xiàn)的方式,要做哪些事情呢?我先列一下:

  • 要用動態(tài)分配的內(nèi)存來存放數(shù)組元素,需要一個指針成員變量
  • 重載賦值=運算符
  • 重載[]運算符
  • 重載復(fù)制構(gòu)造函數(shù)
  • 實現(xiàn)push_back和length()函數(shù)

02 MyArray類的實現(xiàn)步驟

要實現(xiàn)一個可變長數(shù)組類的,基本需要實現(xiàn)下面的7個函數(shù):

class MyArray // 可變長數(shù)組類
{
public:
    // 1. 構(gòu)造函數(shù),s代表數(shù)組元素的個數(shù)
    MyArray(int s = 0);
    
    // 2. 復(fù)制構(gòu)造函數(shù)
    MyArray(MyArray &a);
    
    // 3. 析構(gòu)函數(shù)
    ~MyArray();
    
    // 4. 重載賦值=運算符函數(shù),用于數(shù)組對象間的賦值
    MyArray & operator=(const MyArray & a);

    // 5. 重載[]運算符函數(shù),用于獲取數(shù)組下標(biāo)對于的值
    int & operator[](int i);
    
    // 6. 加入一個元素到數(shù)組的末尾
    void push_back(int v);
    
    // 7. 獲取數(shù)組的長度
    int length();

private:
    int  m_size; // 數(shù)組元素的個數(shù)
    int* m_ptr;  // 指向動態(tài)分配的數(shù)組
};

1. 構(gòu)造函數(shù)

構(gòu)造函數(shù)的目的就是初始化一個數(shù)組,代碼如下:

// 構(gòu)造函數(shù)
MyArray::MyArray(int s = 0):m_size(s)
{
    // 當(dāng)初始化長度為0的數(shù)組時,數(shù)組指針就是空的
    if(s == 0)
        m_ptr = NULL;
    // 當(dāng)初始化長度不為0時,則申請對應(yīng)大小的空間
    else
        m_ptr = new int[s];
}

2. 復(fù)制構(gòu)造函數(shù)

復(fù)制構(gòu)造函數(shù)目的就是產(chǎn)生一個與入?yún)ο笠粯拥膶ο螅怯捎?code>MyArray類是有指針成員變量的,所以我們必須才用深拷貝的方式來實現(xiàn)復(fù)制構(gòu)造函數(shù),如果使用默認的復(fù)制構(gòu)造函數(shù),則會導(dǎo)致兩個對象的指針成員變量指向的地址是同一個,這是非常危險的。

// 復(fù)制構(gòu)造函數(shù)
MyArray::MyArray(const MyArray &a)
{
    // 如果入?yún)⒌臄?shù)組對象的指針地址為空時,則也初始化一個空的數(shù)組
    if(a.m_ptr == NULL)
    {
        m_ptr = NULL;
        m_size = 0;
    }
    // 如果入?yún)⒌臄?shù)組對象有數(shù)據(jù)時,則申請一個新的地址,最后來復(fù)制入?yún)ο髷?shù)組對象的數(shù)據(jù)和大小。
    else
    {
        m_ptr = new int[a.m_size];
        memcpy(m_ptr, a.m_ptr, sizeof(int)*a.m_size);
        m_size = a.m_size;
    }
}

3. 析構(gòu)函數(shù)

析構(gòu)函數(shù)的目的就是釋放數(shù)組的資源

// 析構(gòu)函數(shù)
MyArray::~MyArray()
{
    // 如果指針地址不為空時,則釋放資源
    if(m_ptr)
        delete [] m_ptr;
}

4. 重載賦值=運算符函數(shù)

重載賦值=運算符函數(shù)目的就使=號左邊對象里存放的數(shù)組,大小和內(nèi)容都和右邊的對象一樣

// 重載賦值=運算符函數(shù)
MyArray & MyArray::operator=(const MyArray & a)
{
    if(m_ptr == a.m_ptr) // 防止a=a這樣的賦值導(dǎo)致出錯
        return *this; 
    
    if(a.m_ptr == NULL) // 如果a里面的數(shù)組是空的
    {
        if(m_ptr)
            delete [] m_ptr; // 釋放舊數(shù)組的資源
        
        m_ptr = NULL;
        m_size = 0;
        return *this;
    }
    
    if(m_size < a.m_size) // 如果原有空間足夠大,就不用分配新的空間
    {
        if(m_ptr)
            delete [] m_ptr; // 釋放舊數(shù)組的資源
            
        m_ptr = new int[a.m_size]; // 申請新的內(nèi)存地址
    }
    
    memcpy(m_ptr, a.m_ptr, sizeof(int)*a.m_size);
    m_size = a.m_size;
    return *this;
}

5. 重載[]運算符函數(shù)

重載[]運算符函數(shù)目的就是能通過[]運算符來獲取對應(yīng)下標(biāo)的數(shù)組值

// 重載[]運算符函數(shù)
int & MyArray::operator[](int i)
{
    return m_ptr[i]; // 返回對應(yīng)下標(biāo)的數(shù)組值
}

6. 加入元素到數(shù)組末尾的函數(shù)

push_back函數(shù)的目的就是把一個新的元素,加入到數(shù)組的末尾

// 在數(shù)組尾部添加一個元素
void MyArray::push_back(int v)
{
    if(m_ptr) // 如果數(shù)組不為空
    {
        int *tmpPtr = new int[m_size + 1]; // 重新分配空間
        memcpy(tmpPtr, m_ptr, sizeof(int)*m_size); // 拷貝原數(shù)組內(nèi)容
        delect [] m_ptr;
        m_ptr = tmpPtr;
    }
    else // 如果數(shù)組本來就是空的
    {
        m_ptr = new int[1];   
    }
    
    m_ptr[m_size++] = v; //加入新的數(shù)組元素
}

7. 獲取數(shù)組長度的函數(shù)

length()函數(shù)就比較簡單了,直接返回成員變量m_size,就是數(shù)組的長度了

// 獲取數(shù)組長度的函數(shù)
int MyArray:;length()
{
    return m_size;
}

03 小結(jié)

可變長數(shù)組類型實現(xiàn)的整體代碼,如下:

class MyArray
{
public:
    // 1. 構(gòu)造函數(shù),s代表數(shù)組元素的個數(shù)
    MyArray(int s = 0):m_size(s)
    {
        if(s == 0)
            m_ptr = NULL;
        else
            m_ptr = new int[s];
    }
    
    // 2. 復(fù)制構(gòu)造函數(shù)
    MyArray(const MyArray &a)
    {
        if(a.m_ptr == NULL)
        {
            m_ptr = NULL;
            m_size = 0;
        }
        else
        {
            m_ptr = new int[a.m_size];
            memcpy(m_ptr, a.m_ptr, sizeof(int)*a.m_size); // 拷貝原數(shù)組內(nèi)容
            m_size = a.m_size;
        }
    }
    
    // 3. 拷貝構(gòu)造函數(shù)
    ~MyArray()
    {
        if(m_ptr)
            delete [] m_ptr;
    }
    
    // 4. 重載賦值=運算符函數(shù)
    MyArray & operator=(const MyArray & a)
    {
        if(m_ptr == a.m_ptr)
            return *this;
        
        if(a.m_ptr == NULL)
        {
            if(m_ptr)
                delete [] m_ptr;
            
            m_ptr = NULL;
            m_size = 0;
            return *this;
        }
        
        if(m_size < a.m_size)
        {
            if(m_ptr)
                delete [] m_ptr;
                
            m_ptr = new int[a.m_size];
        }
        
        memcpy(m_ptr, a.m_ptr, sizeof(int)*a.m_size); // 拷貝原數(shù)組內(nèi)容
        m_size = a.m_size;
        return *this;
    }
    
    // 5. 重載[]運算符函數(shù)
    int & operator[](int i)
    {
        return m_ptr[i];
    }
    
    // 6. 在數(shù)組的末尾加入一個新的元素
    void push_back(int v)
    {
        if(m_ptr) // 如果數(shù)組不為空
        {
            int *tmpPtr = new int[m_size + 1]; // 重新分配空間
            memcpy(tmpPtr, m_ptr, sizeof(int)*m_size); // 拷貝原數(shù)組內(nèi)容
            delete [] m_ptr;
            m_ptr = tmpPtr;
        }
        else // 如果數(shù)組本來就是空的
        {
            m_ptr = new int[1];   
        }
        
        m_ptr[m_size++] = v; //加入新的數(shù)組元素
    }
    
    // 7. 獲取數(shù)組的長度
    int length()
    {
        return m_size;
    }

private:
    int  m_size; // 數(shù)組元素的個數(shù)
    int* m_ptr;  // 指向動態(tài)分配的數(shù)組
};

實際上本次的可變長的數(shù)組類還缺少一下函數(shù),比如:刪除某個元素的函數(shù)、清空數(shù)組的函數(shù)等等,這些可以留給大家思考。

還有就是 push_back 函數(shù)還有優(yōu)化的空間,當(dāng)前的 push_back 函數(shù)每加入一個元素都會重新分配新的內(nèi)存,這是會增大開銷的,那么優(yōu)化的思路:
提前分配好一個 n 大小的空間,當(dāng)數(shù)組大小不夠的時候,則才繼續(xù)重新分配 2n 大小的空間,以此類推。

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