c、c++動(dòng)態(tài)數(shù)組（c++版本）
本篇文章基于筆者正在參與的c++課程，第二次作業(yè)的內(nèi)容是要求使用c++的特性對(duì)上一次的程序?qū)崿F(xiàn)改進(jìn)并封裝（上一版本戳我）。
嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，上一個(gè)版本不能算是純粹的C語(yǔ)言版本，這是因?yàn)榇a中使用了c++的引用特性，這是C語(yǔ)言所不包含的。然而，這是由于測(cè)試代碼的限制，因而我們還是把它看做C語(yǔ)言的實(shí)現(xiàn)。（也可以編寫一種不包含引用的代碼來(lái)達(dá)到相同的效果，這要求使用到宏定義和一種稱之為“wrapper”的小技巧）
閑話少敘，先放出新的測(cè)試代碼，再具體討論各個(gè)函數(shù)的改寫方法。
//LibArray.cpp
// 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：
// 1：將C語(yǔ)言版本LibArray用C++封裝，注意，原C版本保留一個(gè)備份
// 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?// 1：C++類定義的基本方法
// 只提交CLibArray.cpp及CLibArray.h
#include "stdafx.h"
#include <assert.h>
#include "CLibArray.h"
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
CArray array;
// 不再需要initial，但應(yīng)該有正確的初始化
// array_initial(array);
//array.recap(10);
//assert(array.capacity() == 10);
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
for (int i = 0; i < 20; ++i)
{
array.append(i);
}
assert(array.size() == 20);
for (int i = 0; i < array.size(); ++i)
{
assert(array.at(i) == i);
}
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
CArray array2, array3;
// array_initial(array2);
// array_initial(array3);
array2.copy(array);
assert(array.compare(array2) == true);
array3.copy(array);
assert(array.compare(array3) == true);
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
array2.insert(2, 3);
assert(array.compare(array2) == false);
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
array3.at(2) = 5;
assert(array.compare(array3) == false);
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// 不再需要destroy，但應(yīng)該有正確的內(nèi)存釋放
// array_destroy(array);
// array_destroy(array2);
// array_destroy(array3);
return 0;
}
類的定義
從測(cè)試代碼和注釋中可見(jiàn)，對(duì)變量 array，我們只需要定義一個(gè)合適的 CArray 類即可。而在類的定義部分，將原有的結(jié)構(gòu)體成員放到 private 私有數(shù)據(jù)成員：
typedef int TypeName;
const int INITLENGTH = 10; //初始化長(zhǎng)度可以為任意正整數(shù),也可以為零，但需要把a(bǔ)ppend函數(shù)里的語(yǔ)句做適當(dāng)修改
private:
TypeName *arrayhead;
int arraysize;
int arraycapacity;
自然而然地，我們需要將C語(yǔ)言版的各個(gè)函數(shù)，放到 CArray 類的公有部分作為接口。
另一方面，注意到注釋部分：不再需要 initial 和 destroy 函數(shù)，學(xué)過(guò)c++的盆友們都知道，這是很自然的，因?yàn)樵谑褂胏++編程時(shí)，一般需要給自己定義的類寫好對(duì)應(yīng)的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)，實(shí)際上這樣的兩種函數(shù)，就對(duì)應(yīng)于原來(lái)的 initial 和 destroy 函數(shù)。（關(guān)于構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)，可以參考這篇文章）
另外，注意到測(cè)試文件不再包含下列語(yǔ)句 array.recap(10);由于在C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)中， recap 函數(shù)用于給動(dòng)態(tài)數(shù)組賦予一定的空間大小， 而測(cè)試函數(shù)中取消了此語(yǔ)句，那么就有兩種可能的操作，一種是要考慮將空間的分配放在其他的函數(shù)中，或者保留 recap 函數(shù)，再讓其他函數(shù)調(diào)用它。這樣的特性很符合類的 protected 方法的定義。（當(dāng)然，若不考慮繼承，將其作為 private 方法也未嘗不可）
于是總體思路清晰了：在 private 成員中定義了動(dòng)態(tài)數(shù)組的必要參數(shù)，在 public 部分定義了可以進(jìn)行的操作：
public:
CArray();
~CArray();
inline int capacity() { return arraycapacity; };
inline int size() { return arraysize; };
inline TypeName& at(int num) { return arrayhead[num]; };
void append(int num);
void copy(CArray &another);
bool compare(CArray &another);
void insert(int num, TypeName value);
protected:
void recap(int length);
void printarray();
簡(jiǎn)短的函數(shù)直接定義為內(nèi)聯(lián)函數(shù)（注意若直接寫在類定義的頭文件內(nèi)，則無(wú)需 inline 關(guān)鍵字，然而是否最終編譯為內(nèi)聯(lián)函數(shù)，取決于編譯器的具體實(shí)現(xiàn)，關(guān)于 inline 關(guān)鍵字，可以參考這篇博客）
函數(shù) printarray 用來(lái)輸出動(dòng)態(tài)數(shù)組的關(guān)鍵信息。
在改寫函數(shù)時(shí)，主要工作是修改其參數(shù)，并在具體的定義中省去對(duì)調(diào)用對(duì)象本身的顯式表示（也可以采用 this 指針來(lái)完成）。
構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)
在構(gòu)造函數(shù)中，可以選擇給頭指針?lè)峙湟欢ù笮〉膬?nèi)存，也可以賦值為空（nullptr，即C語(yǔ)言中的NULL），出于一種合情合理的原因，我給它分配了一定的大小。
在 c++中，使用 new 和 delete 來(lái)分配和釋放內(nèi)存，
CArray::CArray()
{
arrayhead = new TypeName[INITLENGTH];
arraysize = 0;
arraycapacity = INITLENGTH;
}
而對(duì)于析構(gòu)函數(shù)，只要相應(yīng)地釋放內(nèi)存即可：
CArray::~CArray()
{
delete[] arrayhead;
arrayhead = nullptr;
arraycapacity = 0;
arraysize = 0;
}
注意：釋放內(nèi)存是必需步驟。且 delete[]與new []相對(duì)應(yīng)。（關(guān)于 new 和 delete 的注意事項(xiàng)及原理， 可參閱這篇博客）
recap函數(shù)
此函數(shù)是內(nèi)存分配的關(guān)鍵，首先需保證其參數(shù)（capacity）合法，接下來(lái)，先新定義一個(gè)同類型的指針來(lái)指向需要的內(nèi)存大小（capacity）的地址，并把原有的 arrayhead 所指向的內(nèi)存里的數(shù)據(jù)復(fù)制到新的內(nèi)存中，再刪去原有的數(shù)據(jù)， 并讓 arrayhead 指向新的內(nèi)存地址。
這樣的做的原因是，由于參數(shù) capacity 與原有數(shù)組的 arraycapacity 和 arraysize 的大小關(guān)系不確定，因此只能新分配一塊內(nèi)存，再將所需內(nèi)存大小的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)存。
最后需要修改相關(guān)的 private 成員的值。
void CArray::recap(int capacity)
{
if (capacity < 0)
{
cout << "array's length should be larger than zero, check out array_recap()" << endl;
exit(EXIT_FAILURE);
}
arraycapacity = capacity;
arraysize = arraysize > capacity ? capacity : arraysize;
TypeName* buffer = nullptr;
buffer = new TypeName[capacity];
memcpy(buffer, arrayhead, sizeof(TypeName) * arraycapacity);
delete[] arrayhead;
arrayhead = buffer;
//分配失敗
if (arrayhead == nullptr)
{
cout << "malloc failed in array_recap()." << endl;
exit(0);
}
}
append 函數(shù)
該函數(shù)所需要做的工作是給第 num 位的成員賦值為 num。 為了達(dá)到此目的，需要檢查 num 和 capacity 之間的關(guān)系，若 num > arraycapacity，則需要使用 recap 函數(shù)擴(kuò)大數(shù)組的容量，擴(kuò)大的方式和大小可自行定義， 在此采取每次擴(kuò)大一倍的方式，這樣，算法的復(fù)雜度將由O(n) 減小為 O(c)，此原理不詳述。
注意到每次擴(kuò)大一倍容量的前提是， capacity不為零，因此，在構(gòu)造函數(shù)中， 我選擇給數(shù)組一個(gè)不為零的內(nèi)存大小，當(dāng)然，如果堅(jiān)持在構(gòu)造函數(shù)中要使用 arrayhead = nullptr;那么在 append 函數(shù)中， 可以使用 (*this).recap((arraysize +1)*2); 這樣的代碼。
//給 arrayhead 數(shù)組的第 num 位賦值為 num， 若 num 大于實(shí)際長(zhǎng)度，則擴(kuò)充長(zhǎng)度至 num
void CArray::append(int num)
{
if (num + 1 > arraycapacity)
{
// 一次擴(kuò)大為原來(lái)的兩倍， 時(shí)間復(fù)雜度更小（O(n) - > O(c)）
(*this).recap(arraysize *2);
}
arrayhead[arraysize++] = num;
}
copy函數(shù)
和C語(yǔ)言版本基本一致，我們需要做的工作是使調(diào)用對(duì)象的容量與被復(fù)制的對(duì)象大小一致，然后將所有數(shù)據(jù)復(fù)制到調(diào)用對(duì)象的內(nèi)存中，這樣可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)數(shù)組的復(fù)制。
//將 another 對(duì)象復(fù)制給調(diào)用的對(duì)象
void CArray::copy(CArray &another)
{
(*this).recap(another.capacity());
memcpy(arrayhead, another.arrayhead, another.size() * sizeof(TypeName));
arraysize = another.size();
}
注意：使用 memcpy 函數(shù)，比用 for 循環(huán)逐一賦值的效率要高，因?yàn)?mencpy 可以充分利用數(shù)據(jù)總線的位數(shù)進(jìn)行傳輸。
compare函數(shù)
此函數(shù)幾乎沒(méi)有要修改的地方，唯一值得注意的是，為了輸出比較的結(jié)果，我選擇了用 for 循環(huán)來(lái)逐一比較數(shù)據(jù)， 若只要求其總體比較的結(jié)果，可以使用 memcmp 函數(shù)，效率更高，也更簡(jiǎn)潔。
bool CArray::compare(CArray &another)
{
//another.printarray();
//輸出 size 不同的信息
if (another.size() != arraysize)
{
cout << "Their size are not equal, check out in CArray::compare()." << endl;
return false;
}
if (another.capacity() != arraycapacity)
{
cout << "Their capacity are not equal, check out in CArray::compare()." << endl;
return false;
}
//為了輸出是第幾位不同，采用循環(huán)，否則可以采用以下語(yǔ)句，效率更高
//return memcmp(another.arrayhead, arrayhead, size() * sizeof(TypeName)) == 0;
for (int i = 0; i < another.size(); i++)
if (another.arrayhead[i] != arrayhead[i])
{
cout << "They are not equal in the NO." << i << " place" << endl;
return false;
}
return true;
}
insert 函數(shù)
此函數(shù)需要在 第 index 的位置插入一個(gè)值為 value 的元素，為此，只需要使用 recap 函數(shù)每次多增加一個(gè)單位長(zhǎng)度的內(nèi)存空間即可，順次移動(dòng) index 前的各位，然后將第 index 位賦值。
void CArray::insert(int index, TypeName value)
{
if (index > arraycapacity || index < 0)
{
cout << "Cannot insert with an invaild index, check out in array_insert()." << endl;
exit(EXIT_FAILURE);
}
else
{
(*this).recap(arraycapacity + 1);
for (int i = arraycapacity - 1; i > index; i--)
arrayhead[i] = arrayhead[i - 1];
arrayhead[index] = value;
arraysize ++;
}
}
printarray函數(shù)
此函數(shù)的實(shí)現(xiàn)因人而異，只需要獲得調(diào)試時(shí)所需要的信息即可。
總結(jié)
本篇博客實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)數(shù)組的C++版本的一種簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)。未完善的地方必然存在，望廣大讀者批評(píng)指正。為了符合測(cè)試程序， 我沒(méi)有采用模板進(jìn)行代碼的編寫，雖然在上一版的實(shí)驗(yàn)要求中提到了，對(duì)程序的要求是能夠各種不同類型的數(shù)據(jù)。然而代碼中沒(méi)有使用模板進(jìn)行對(duì)象的聲明，可知無(wú)需進(jìn)行模板類和模板函數(shù)的編寫。
關(guān)于異常的編寫，代碼中某些函數(shù)使用了諸如exit(EXIT_FAILURE)這樣的語(yǔ)句。在 C++ 中，更為規(guī)范的實(shí)現(xiàn)是拋出異常， 再進(jìn)行針對(duì)性的處理，由于測(cè)試程序較為簡(jiǎn)單，因此沒(méi)有編寫針對(duì)異常的代碼
