C++ 实现可变长数组详解与示例

"C++ 实现可变长数组的教程" 在C++中，标准库提供了`std::vector`这样的容器来处理可变长数组的需求，但如果我们需要从底层理解动态数组的工作原理，或者在特定场景下自定义实现，就需要手动构建这样的数据结构。本教程将手把手教你如何在C++中实现一个自定义的可变长数组。 1. **动态内存分配** 在C++中，静态数组的大小在声明时必须确定，而动态数组则可以在运行时根据需要分配和调整大小。为了实现可变长数组，我们需要使用`new`操作符动态分配内存来存储元素。这个内存通常是一个指针，指向数组的第一个元素。在类中，我们可以声明一个`int*`类型的成员变量来持有这个指针，以及一个整型变量记录当前数组的长度。 2. **构造函数** 构造函数用于初始化对象。对于可变长数组，我们可能需要一个默认构造函数（不接受参数）来创建一个空数组，以及一个带有初始长度参数的构造函数，用于创建指定大小的数组。 3. **复制构造函数** 当一个对象被赋值给另一个对象时，复制构造函数会被调用。对于可变长数组，这意味着我们需要深拷贝内存，即分配新的内存并将原数组的内容复制过来，以防止浅拷贝导致的共享内存问题。 4. **赋值运算符 overload（=）** 重载赋值运算符允许我们将一个数组对象赋值给另一个。这需要确保原始数组的内容被正确释放，并且新数组的内容被正确复制。注意要遵循“规则 of three/five/zero”，在实现拷贝构造和赋值操作符时，考虑是否也需要实现析构函数。 5. **析构函数** 解构函数在对象生命周期结束时自动调用，负责释放动态分配的内存。对于可变长数组，析构函数需要释放之前分配的内存。 6. **重载方括号运算符（[]）** 重载方括号运算符使得我们可以像访问普通数组一样访问我们的自定义数组。需要提供一个索引参数，返回对应位置的元素引用，以便可以读写元素。 7. **push_back() 函数** 这个函数用于在数组末尾添加新的元素。需要检查数组是否已满，如果满了则需要动态地扩大数组容量，通常采用增加一倍容量的方式，然后将新元素添加到正确的位置。 8. **length() 函数** length()函数返回数组当前包含的元素数量。这是一个简单的成员函数，只返回已记录的数组长度。 以下是一个简化的`MyArray`类的实现： ```cpp class MyArray { private: int* data; // 指向动态数组的指针 int size; // 当前数组的元素数量 int capacity; // 当前分配的内存可以容纳的最大元素数量 public: MyArray(int s = 0) : size(s), capacity(s) { if (s > 0) { data = new int[s]; } else { data = nullptr; } } MyArray(const MyArray& a) { size = a.size; capacity = a.capacity; data = new int[capacity]; std::copy(a.data, a.data + size, data); } ~MyArray() { delete[] data; } MyArray& operator=(const MyArray& a) { if (this != &a) { delete[] data; size = a.size; capacity = a.capacity; data = new int[capacity]; std::copy(a.data, a.data + size, data); } return *this; } int& operator[](int i) { if (i < 0 || i >= size) { throw std::out_of_range("Index out of range"); } return data[i]; } void push_back(int v) { if (size == capacity) { resize(capacity * 2); // 如果满了，扩展容量 } data[size++] = v; } int length() const { return size; } void resize(int new_capacity) { int* newData = new int[new_capacity]; std::copy(data, data + size, newData); delete[] data; data = newData; capacity = new_capacity; } }; ``` 以上代码展示了如何实现一个基本的可变长数组类。请注意，这只是一个基础版本，实际应用中还需要考虑异常安全、效率优化等问题，比如在`push_back`时考虑使用`reserve`来减少不必要的内存重分配，以及在`resize`时避免不必要的元素复制等。