C++ 手把手教你实现可变长的数组

  • 2020 年 3 月 31 日
  • 笔记

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要实现什么函数呢?

假设我们要实现一个会自动扩展的数组类,我们需要实现函数呢?先从下面 main 函数使用的功能,看看有什么函数是需要我们实现的。

输出结果:

0 1 2 3 4  0 1 2 100 4

要实现如上的功能,要做哪些事情呢?先列出来:

  • 要用动态分配的内存的方式,来存放数组元素,且需要一个指针成员变量
  • 重载赋值 = 运算符
  • 重载括号 [] 运算符
  • 重载复制构造函数
  • 实现 push_back 和 length 函数

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实现的步骤

要实现一个可变长的数组类,基本要需要实现下面的 7 个函数:

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01 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];  }

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02 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;      }  }

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03 析构函数

析构函数的目的就是释放数组的资源,代码如下:

// 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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04 重载赋值 = 运算符函数

重载赋值 = 运算符函数目的就是 = 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,代码如下:

// 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;      }        // 如果原有空间足够大,就不用分配新的空间      if(m_size < a.m_size)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      }        // 拷贝内容      memcpy(m_ptr, a.m_ptr, sizeof(int)*a.m_size);      m_size = a.m_size;      return *this;  }

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05 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,代码如下:

// 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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06 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,代码如下:

// 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      {          // 重新分配空间          int *tmpPtr = new int[m_size + 1];            // 拷贝原数组内容          memcpy(tmpPtr, m_ptr, sizeof(int)*m_size);            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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07 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,代码如下:

// 获取数组长度的函数  int MyArray:;length()  {      return m_size;  }

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再改进下?

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。

我们需要新增两个成员变量:

 int  m_cout;   // 数组元素的个数   int  m_newNum; // 扩容的次数

改进后的 push_back 函数,代码如下:


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小结

最后,总体的代码如下: