01 實現自定義的可變長陣列型別

假設我們要實現一個會自動擴充套件的陣列，要實現什麼函式呢？先從下面的main函式給出的實現，看看有什麼函式是需要我們實現的。

int main()
{
  MyArray a; // 初始化的陣列是空的
  for(int i = 0; i < 5; ++i)
    a.push_back(i); // push_back是成員函式
    
  MyArray a2,a3;
  a2 = a; // 過載賦值運算子函式
  
  // 由於上一句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是空的陣列
  for(int i = 0; i < a2.length(); ++i) // a2.length()返回0
    cout << a2[i] << " ";
  cout << endl;
  
  a[3] = 100;  // 過載[]運算子函式
  MyArray a4(a); // 過載複製建構函式
  
  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：

• 要用動態分配的記憶體來存放陣列元素，需要一個指標成員變數
• 過載賦值=運算子
• 過載[]運算子
• 過載複製建構函式
• 實現push_back和length()函式

02 MyArray類的實現步驟

要實現一個可變長陣列類的，基本需要實現下面的7個函式：

class MyArray // 可變長陣列類
{
public:
  // 1. 建構函式，s代表陣列元素的個數
  MyArray(int s = 0);
  
  // 2. 複製建構函式
  MyArray(MyArray &a);
  
  // 3. 解構函式
  ~MyArray();
  
  // 4. 過載賦值=運算子函式，用於陣列物件間的賦值
  MyArray & operator=(const MyArray & a);

  // 5. 過載[]運算子函式，用於獲取陣列下標對於的值
  int & operator[](int i);
  
  // 6. 加入一個元素到陣列的末尾
  void push_back(int v);
  
  // 7. 獲取陣列的長度
  int length();

private:
  int m_size; // 陣列元素的個數
  int* m_ptr; // 指向動態分配的陣列
};

1. 建構函式

建構函式的目的就是初始化一個數組，程式碼如下：

// 建構函式
MyArray::MyArray(int s = 0):m_size(s)
{
  // 當初始化長度為0的陣列時，陣列指標就是空的
  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. 複製建構函式

複製建構函式目的就是產生一個與入參物件一樣的物件，但是由於MyArray類是有指標成員變數的，所以我們必須才用深拷貝的方式來實現複製建構函式，如果使用預設的複製建構函式，則會導致兩個物件的指標成員變數指向的地址是同一個，這是非常危險的。

// 複製建構函式
MyArray::MyArray(const MyArray &a)
{
  // 如果入參的陣列物件的指標地址為空時，則也初始化一個空的陣列
  if(a.m_ptr == NULL)
  {
    m_ptr = NULL;
    m_size = 0;
  }
  // 如果入參的陣列物件有資料時，則申請一個新的地址，最後來複制入參物件陣列物件的資料和大小。
  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. 解構函式

解構函式的目的就是釋放陣列的資源

// 解構函式
MyArray::~MyArray()
{
  // 如果指標地址不為空時，則釋放資源
  if(m_ptr)
    delete [] m_ptr;
}

4. 過載賦值=運算子函式

過載賦值=運算子函式目的就使=號左邊物件裡存放的陣列，大小和內容都和右邊的物件一樣

// 過載賦值=運算子函式
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裡面的陣列是空的
  {
    if(m_ptr)
      delete [] m_ptr; // 釋放舊陣列的資源
    
    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; // 釋放舊陣列的資源
      
    m_ptr = new int[a.m_size]; // 申請新的記憶體地址
  }
  
  memcpy(m_ptr,sizeof(int)*a.m_size);
  m_size = a.m_size;
  return *this;
}

5. 過載[]運算子函式

過載[]運算子函式目的就是能通過[]運算子來獲取對應下標的陣列值

// 過載[]運算子函式
int & MyArray::operator[](int i)
{
  return m_ptr[i]; // 返回對應下標的陣列值
}

6. 加入元素到陣列末尾的函式

push_back函式的目的就是把一個新的元素，加入到陣列的末尾

// 在陣列尾部新增一個元素
void MyArray::push_back(int v)
{
  if(m_ptr) // 如果陣列不為空
  {
    int *tmpPtr = new int[m_size + 1]; // 重新分配空間
    memcpy(tmpPtr,m_ptr,sizeof(int)*m_size); // 拷貝原陣列內容
    delect [] m_ptr;
    m_ptr = tmpPtr;
  }
  else // 如果陣列本來就是空的
  {
    m_ptr = new int[1];  
  }
  
  m_ptr[m_size++] = v; //加入新的陣列元素
}

7. 獲取陣列長度的函式

length()函式就比較簡單了，直接返回成員變數m_size，就是陣列的長度了

// 獲取陣列長度的函式
int MyArray:;length()
{
  return m_size;
}

03 小結

可變長陣列型別實現的整體程式碼，如下：

class MyArray
{
public:
  // 1. 建構函式，s代表陣列元素的個數
  MyArray(int s = 0):m_size(s)
  {
    if(s == 0)
      m_ptr = NULL;
    else
      m_ptr = new int[s];
  }
  
  // 2. 複製建構函式
  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,sizeof(int)*a.m_size); // 拷貝原陣列內容
      m_size = a.m_size;
    }
  }
  
  // 3. 拷貝建構函式
  ~MyArray()
  {
    if(m_ptr)
      delete [] m_ptr;
  }
  
  // 4. 過載賦值=運算子函式
  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,sizeof(int)*a.m_size); // 拷貝原陣列內容
    m_size = a.m_size;
    return *this;
  }
  
  // 5. 過載[]運算子函式
  int & operator[](int i)
  {
    return m_ptr[i];
  }
  
  // 6. 在陣列的末尾加入一個新的元素
  void push_back(int v)
  {
    if(m_ptr) // 如果陣列不為空
    {
      int *tmpPtr = new int[m_size + 1]; // 重新分配空間
      memcpy(tmpPtr,sizeof(int)*m_size); // 拷貝原陣列內容
      delete [] m_ptr;
      m_ptr = tmpPtr;
    }
    else // 如果陣列本來就是空的
    {
      m_ptr = new int[1];  
    }
    
    m_ptr[m_size++] = v; //加入新的陣列元素
  }
  
  // 7. 獲取陣列的長度
  int length()
  {
    return m_size;
  }

private:
  int m_size; // 陣列元素的個數
  int* m_ptr; // 指向動態分配的陣列
};

實際上本次的可變長的陣列類還缺少一下函式，比如：刪除某個元素的函式、清空陣列的函式等等，這些可以留給大家思考。

還有就是 push_back 函式還有優化的空間，當前的 push_back 函式每加入一個元素都會重新分配新的記憶體，這是會增大開銷的，那麼優化的思路：

提前分配好一個 n 大小的空間，當陣列大小不夠的時候，則才繼續重新分配 2n 大小的空間，以此類推。

以上就是本文的全部內容，希望對大家的學習有所幫助，也希望大家多多支援我們。