C++ 手把手教你实现可变长的数组

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发布于: 2020 年 08 月 18 日
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。
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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
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﻿
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;
}
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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
}
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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
}
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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 pushback 函数还有优化的空间，当前的 pushback 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。
﻿
发布于: 2020 年 08 月 18 日阅读数: 50
原文链接:【http://xie.infoq.cn/article/e4979c64dbf47a87daf3093fd】。文章转载请联系作者。
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C++ 手把手教你实现可变长的数组

01 实现自定义的可变长数组类型

02 MyArray类的实现步骤

1. 构造函数

2. 复制构造函数

3. 析构函数

4. 重载赋值=运算符函数

5. 重载[]运算符函数

6. 加入元素到数组末尾的函数

7. 获取数组长度的函数

03 小结

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