C++ 手把手教你實現可變長的數組

来源:https://www.cnblogs.com/xiaolincoding/archive/2019/12/01/11967844.html

01 實現自定義的可變長數組類型 假設我們要實現一個會自動擴展的數組,要實現什麼函數呢?先從下麵的main函數給出的實現,看看有什麼函數是需要我們實現的。 輸出結果: 要實現的方式,要做哪些事情呢?我先列一下: 要用動態分配的記憶體來存放數組元素,需要一個指針成員變數 重載賦值=運算符 重載[]運算符 ...


01 實現自定義的可變長數組類型

假設我們要實現一個會自動擴展的數組,要實現什麼函數呢?先從下麵的main函數給出的實現,看看有什麼函數是需要我們實現的。

int main()
{
    MyArray a;  // 初始化的數組是空的
    for(int i = 0; i < 5; ++i)
        a.push_back(i); // push_back是成員函數
        
    MyArray a2,a3;
    a2 = a; // 重載賦值運算符函數
    
    // 由於上一句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
    MyArray a4(a); // 重載複製構造函數
    
    for(int i = 0; i < a4.length(); ++i)
        cout << a4[i] << " ";
    
    return 0;
}

輸出結果:

0 1 2 3 4
0 1 2 100 4

要實現的方式,要做哪些事情呢?我先列一下:

  • 要用動態分配的記憶體來存放數組元素,需要一個指針成員變數
  • 重載賦值=運算符
  • 重載[]運算符
  • 重載複製構造函數
  • 實現push_back和length()函數

02 MyArray類的實現步驟

要實現一個可變長數組類的,基本需要實現下麵的7個函數:

class MyArray // 可變長數組類
{
public:
    // 1. 構造函數,s代表數組元素的個數
    MyArray(int s = 0);
    
    // 2. 複製構造函數
    MyArray(MyArray &a);
    
    // 3. 析構函數
    ~MyArray();
    
    // 4. 重載賦值=運算符函數,用於數組對象間的賦值
    MyArray & operator=(const MyArray & a);

    // 5. 重載[]運算符函數,用於獲取數組下標對於的值
    int & operator[](int i);
    
    // 6. 加入一個元素到數組的末尾
    void push_back(int v);
    
    // 7. 獲取數組的長度
    int length();

private:
    int  m_size; // 數組元素的個數
    int* m_ptr;  // 指向動態分配的數組
};

1. 構造函數

構造函數的目的就是初始化一個數組,代碼如下:

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

2. 複製構造函數

複製構造函數目的就是產生一個與入參對象一樣的對象,但是由於MyArray類是有指針成員變數的,所以我們必須才用深拷貝的方式來實現複製構造函數,如果使用預設的複製構造函數,則會導致兩個對象的指針成員變數指向的地址是同一個,這是非常危險的。

// 複製構造函數
MyArray::MyArray(const MyArray &a)
{
    // 如果入參的數組對象的指針地址為空時,則也初始化一個空的數組
    if(a.m_ptr == NULL)
    {
        m_ptr = NULL;
        m_size = 0;
    }
    // 如果入參的數組對象有數據時,則申請一個新的地址,最後來複制入參對象數組對象的數據和大小。
    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. 析構函數

析構函數的目的就是釋放數組的資源

// 析構函數
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

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

// 重載賦值=運算符函數
MyArray & MyArray::operator=(const MyArray & a)
{
    if(m_ptr == a.m_ptr) // 防止a=a這樣的賦值導致出錯
        return *this; 
    
    if(a.m_ptr == NULL) // 如果a裡面的數組是空的
    {
        if(m_ptr)
            delete [] m_ptr; // 釋放舊數組的資源
        
        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; // 釋放舊數組的資源
            
        m_ptr = new int[a.m_size]; // 申請新的記憶體地址
    }
    
    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

重載[]運算符函數目的就是能通過[]運算符來獲取對應下標的數組值

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

6. 加入元素到數組末尾的函數

push_back函數的目的就是把一個新的元素,加入到數組的末尾

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

7. 獲取數組長度的函數

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

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

03 小結

可變長數組類型實現的整體代碼,如下:

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

private:
    int  m_size; // 數組元素的個數
    int* m_ptr;  // 指向動態分配的數組
};

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

還有就是 push_back 函數還有優化的空間,當前的 push_back 函數每加入一個元素都會重新分配新的記憶體,這是會增大開銷的,那麼優化的思路:
提前分配好一個 n 大小的空間,當數組大小不夠的時候,則才繼續重新分配 2n 大小的空間,以此類推。


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