C++如何實現可變長的數組

這篇文章給大家分享的是有關C++如何實現可變長的數組的內容。小編覺得挺實用的，因此分享給大家做個參考，一起跟隨小編過來看看吧。

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，要實現什么函數呢？先從下面的main函數給出的實現，看看有什么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); // 重載復制構造函數
  
  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：

• 要用動態分配的內存來存放數組元素，需要一個指針成員變量

• 重載賦值=運算符

• 重載[]運算符

• 重載復制構造函數

• 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，基本需要實現下面的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. 復制構造函數
  MyArray(MyArray &a);
  
  // 3. 析構函數
  ~MyArray();
  
  // 4. 重載賦值=運算符函數，用于數組對象間的賦值
  MyArray & operator=(const MyArray & a);

  // 5. 重載[]運算符函數，用于獲取數組下標對于的值
  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. 復制構造函數

復制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復制構造函數，如果使用默認的復制構造函數，則會導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。

// 復制構造函數
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，最后來復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里面的數組是空的
  {
    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]; // 申請新的內存地址
  }
  
  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

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，直接返回成員變量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. 復制構造函數
  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內存，這是會增大開銷的，那么優化的思路：

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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