C++ 手把手教你實現(xiàn)可變長的數(shù)組實現(xiàn)

來源：本站原創(chuàng)|時間：2020-01-10|欄目：C語言|點擊：次

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?，但是由于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(rèn)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。

以上就是本文的全部內(nèi)容，希望對大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持我們。

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