C++ 手把手教你實作可變長的數組

01 實作自定義的可變長數組類型

假設我們要實作一個會自動擴充的數組，要實作什麼函數呢？先從下面的main函數給出的實作，看看有什麼函數是需要我們實作的。

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; // 重載指派運算符函數
    
    // 由于上一句a2 = a語句，是以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()傳回0
        cout << a2[i] << " ";
    cout << endl;
    
    a[3] = 100;    // 重載[]運算符函數
    MyArray a4(a); // 重載複制構造函數
    
    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
           

要實作的方式，要做哪些事情呢？我先列一下：

• 要用動态配置設定的記憶體來存放數組元素，需要一個指針成員變量
• 重載指派=運算符
• 重載[]運算符
• 重載複制構造函數
• 實作push_back和length()函數

02 MyArray類的實作步驟

要實作一個可變長數組類的，基本需要實作下面的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. 複制構造函數
    MyArray(MyArray &a);
    
    // 3. 析構函數
    ~MyArray();
    
    // 4. 重載指派=運算符函數，用于數組對象間的指派
    MyArray & operator=(const MyArray & a);

    // 5. 重載[]運算符函數，用于擷取數組下标對于的值
    int & operator[](int i);
    
    // 6. 加入一個元素到數組的末尾
    void push_back(int v);
    
    // 7. 擷取數組的長度
    int length();

private:
    int  m_size; // 數組元素的個數
    int* m_ptr;  // 指向動态配置設定的數組
};
           

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. 複制構造函數

複制構造函數目的就是産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，是以我們必須才用深拷貝的方式來實作複制構造函數，如果使用預設的複制構造函數，則會導緻兩個對象的指針成員變量指向的位址是同一個，這是非常危險的。

// 複制構造函數
MyArray::MyArray(const MyArray &a)
{
    // 如果入參的數組對象的指針位址為空時，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資料時，則申請一個新的位址，最後來複制入參對象數組對象的資料和大小。
    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. 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()
{
    // 如果指針位址不為空時，則釋放資源
    if(m_ptr)
        delete [] m_ptr;
}
           

4. 重載指派=運算符函數

重載指派=運算符函數目的就使

=

号左邊對象裡存放的數組，大小和内容都和右邊的對象一樣

// 重載指派=運算符函數
MyArray & MyArray::operator=(const MyArray & a)
{
    if(m_ptr == a.m_ptr) // 防止a=a這樣的指派導緻出錯
        return *this; 
    
    if(a.m_ptr == NULL) // 如果a裡面的數組是空的
    {
        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，就不用配置設定新的空間
    {
        if(m_ptr)
            delete [] m_ptr; // 釋放舊數組的資源
            
        m_ptr = new int[a.m_size]; // 申請新的記憶體位址
    }
    
    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[]運算符來擷取對應下标的數組值

// 重載[]運算符函數
int & MyArray::operator[](int i)
{
    return m_ptr[i]; // 傳回對應下标的數組值
}
           

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]; // 重新配置設定空間
        memcpy(tmpPtr, m_ptr, sizeof(int)*m_size); // 拷貝原數組内容
        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. 擷取數組長度的函數

length()函數就比較簡單了，直接傳回成員變量m_size，就是數組的長度了

// 擷取數組長度的函數
int MyArray:;length()
{
    return m_size;
}
           

03 小結

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. 複制構造函數
    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); // 拷貝原數組内容
            m_size = a.m_size;
        }
    }
    
    // 3. 拷貝構造函數
    ~MyArray()
    {
        if(m_ptr)
            delete [] m_ptr;
    }
    
    // 4. 重載指派=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); // 拷貝原數組内容
        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]; // 重新配置設定空間
            memcpy(tmpPtr, m_ptr, sizeof(int)*m_size); // 拷貝原數組内容
            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. 擷取數組的長度
    int length()
    {
        return m_size;
    }

private:
    int  m_size; // 數組元素的個數
    int* m_ptr;  // 指向動态配置設定的數組
};