C++ 手把手教你实现可变长的数组
程序员文章站
2023-12-31 18:19:28
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。 输出结果: 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 ......
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。