C++ 手把手教你实现可变长的数组

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0cout << 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elsem_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;elsem_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。