C++ 手把手教你实现可变长的数组实现
时间：2022-10-23 11:15:45|栏目：C代码|点击： 次
01 实现自定义的可变长数组类型
假设我们要实现一个会自动扩展的数组，要实现什么函数呢？先从下面的main函数给出的实现，看看有什么函数是需要我们实现的。
int main()
{
MyArray a; // 初始化的数组是空的
for(int i = 0; i < 5; ++i)
a.push_back(i); // push_back是成员函数
MyArray a2,a3;
a2 = a; // 重载赋值运算符函数
// 由于上一句a2 = a语句，所以a.length()实际上就是a2.length()
for(int i = 0; i < a.length(); ++i)
cout << a2[i] << " ";
a2 = a3; // a2是空的数组
for(int i = 0; i < a2.length(); ++i) // a2.length()返回0
cout << a2[i] << " ";
cout << endl;
a[3] = 100; // 重载[]运算符函数
MyArray a4(a); // 重载复制构造函数
for(int i = 0; i < a4.length(); ++i)
cout << a4[i] << " ";
return 0;
}
输出结果：
0 1 2 3 4
0 1 2 100 4
要实现的方式，要做哪些事情呢？我先列一下：
- 要用动态分配的内存来存放数组元素，需要一个指针成员变量
- 重载赋值=运算符
- 重载[]运算符
- 重载复制构造函数
- 实现push_back和length()函数
02 MyArray类的实现步骤
要实现一个可变长数组类的，基本需要实现下面的7个函数：
class MyArray // 可变长数组类
{
public:
// 1. 构造函数，s代表数组元素的个数
MyArray(int s = 0);
// 2. 复制构造函数
MyArray(MyArray &a);
// 3. 析构函数
~MyArray();
// 4. 重载赋值=运算符函数，用于数组对象间的赋值
MyArray & operator=(const MyArray & a);
// 5. 重载[]运算符函数，用于获取数组下标对于的值
int & operator[](int i);
// 6. 加入一个元素到数组的末尾
void push_back(int v);
// 7. 获取数组的长度
int length();
private:
int m_size; // 数组元素的个数
int* m_ptr; // 指向动态分配的数组
};
1. 构造函数
构造函数的目的就是初始化一个数组，代码如下：
// 构造函数
MyArray::MyArray(int s = 0):m_size(s)
{
// 当初始化长度为0的数组时，数组指针就是空的
if(s == 0)
m_ptr = NULL;
// 当初始化长度不为0时，则申请对应大小的空间
else
m_ptr = new int[s];
}
2. 复制构造函数
复制构造函数目的就是产生一个与入参对象一样的对象，但是由于MyArray类是有指针成员变量的，所以我们必须才用深拷贝的方式来实现复制构造函数，如果使用默认的复制构造函数，则会导致两个对象的指针成员变量指向的地址是同一个，这是非常危险的。
// 复制构造函数
MyArray::MyArray(const MyArray &a)
{
// 如果入参的数组对象的指针地址为空时，则也初始化一个空的数组
if(a.m_ptr == NULL)
{
m_ptr = NULL;
m_size = 0;
}
// 如果入参的数组对象有数据时，则申请一个新的地址，最后来复制入参对象数组对象的数据和大小。
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. 析构函数
析构函数的目的就是释放数组的资源
// 析构函数
MyArray::~MyArray()
{
// 如果指针地址不为空时，则释放资源
if(m_ptr)
delete [] m_ptr;
}
4. 重载赋值=运算符函数
重载赋值=运算符函数目的就使=号左边对象里存放的数组，大小和内容都和右边的对象一样
// 重载赋值=运算符函数
MyArray & MyArray::operator=(const MyArray & a)
{
if(m_ptr == a.m_ptr) // 防止a=a这样的赋值导致出错
return *this;
if(a.m_ptr == NULL) // 如果a里面的数组是空的
{
if(m_ptr)
delete [] m_ptr; // 释放旧数组的资源
m_ptr = NULL;
m_size = 0;
return *this;
}
if(m_size < a.m_size) // 如果原有空间足够大，就不用分配新的空间
{
if(m_ptr)
delete [] m_ptr; // 释放旧数组的资源
m_ptr = new int[a.m_size]; // 申请新的内存地址
}
memcpy(m_ptr, a.m_ptr, sizeof(int)*a.m_size);
m_size = a.m_size;
return *this;
}
5. 重载[]运算符函数
重载[]运算符函数目的就是能通过[]运算符来获取对应下标的数组值
// 重载[]运算符函数
int & MyArray::operator[](int i)
{
return m_ptr[i]; // 返回对应下标的数组值
}
6. 加入元素到数组末尾的函数
push_back函数的目的就是把一个新的元素，加入到数组的末尾
// 在数组尾部添加一个元素
void MyArray::push_back(int v)
{
if(m_ptr) // 如果数组不为空
{
int *tmpPtr = new int[m_size + 1]; // 重新分配空间
memcpy(tmpPtr, m_ptr, sizeof(int)*m_size); // 拷贝原数组内容
delect [] m_ptr;
m_ptr = tmpPtr;
}
else // 如果数组本来就是空的
{
m_ptr = new int[1];
}
m_ptr[m_size++] = v; //加入新的数组元素
}
7. 获取数组长度的函数
length()函数就比较简单了，直接返回成员变量m_size，就是数组的长度了
// 获取数组长度的函数
int MyArray:;length()
{
return m_size;
}
03 小结
可变长数组类型实现的整体代码，如下：
class MyArray
{
public:
// 1. 构造函数，s代表数组元素的个数
MyArray(int s = 0):m_size(s)
{
if(s == 0)
m_ptr = NULL;
else
m_ptr = new int[s];
}
// 2. 复制构造函数
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); // 拷贝原数组内容
m_size = a.m_size;
}
}
// 3. 拷贝构造函数
~MyArray()
{
if(m_ptr)
delete [] m_ptr;
}
// 4. 重载赋值=运算符函数
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); // 拷贝原数组内容
m_size = a.m_size;
return *this;
}
// 5. 重载[]运算符函数
int & operator[](int i)
{
return m_ptr[i];
}
// 6. 在数组的末尾加入一个新的元素
void push_back(int v)
{
if(m_ptr) // 如果数组不为空
{
int *tmpPtr = new int[m_size + 1]; // 重新分配空间
memcpy(tmpPtr, m_ptr, sizeof(int)*m_size); // 拷贝原数组内容
delete [] m_ptr;
m_ptr = tmpPtr;
}
else // 如果数组本来就是空的
{
m_ptr = new int[1];
}
m_ptr[m_size++] = v; //加入新的数组元素
}
// 7. 获取数组的长度
int length()
{
return m_size;
}
private:
int m_size; // 数组元素的个数
int* m_ptr; // 指向动态分配的数组
};
实际上本次的可变长的数组类还缺少一下函数，比如：删除某个元素的函数、清空数组的函数等等，这些可以留给大家思考。
还有就是 push_back 函数还有优化的空间，当前的 push_back 函数每加入一个元素都会重新分配新的内存，这是会增大开销的，那么优化的思路：
提前分配好一个 n 大小的空间，当数组大小不够的时候，则才继续重新分配 2n 大小的空间，以此类推。
