一个动态数组的例子C++

Posted 2022-12-09 祥云湾

C/C++ 规定，数组一旦定义后，它的长度就不能改变了；换句话说，数组容量不能动态地增大或者减小。这样的数组称为静态数组（Static array）。静态数组有时候会给编码代码不便，我们可以通过自定义的 Array 类来实现动态数组（Dynamic array）。所谓动态数组，是指数组容量能够在使用的过程中随时增大或减小。

下面这段代码虽然有点长，但它是一个典型的使用异常的场景，请大家耐心阅读。

#include <iostream>
#include <cstdlib>
using namespace std;

//自定义的异常类型
class OutOfRange
public:
    OutOfRange(): m_flag(1) ;
    OutOfRange(int len, int index): m_len(len), m_index(index), m_flag(2) 
public:
    void what() const;  //获取具体的错误信息
private:
    int m_flag;  //不同的flag表示不同的错误
    int m_len;  //当前数组的长度
    int m_index;  //当前使用的数组下标
;

void OutOfRange::what() const 
    if(m_flag == 1)
        cout<<"Error: empty array, no elements to pop."<<endl;
    else if(m_flag == 2)
        cout<<"Error: out of range( array length "<<m_len<<", access index "<<m_index<<" )"<<endl;
    else
        cout<<"Unknown exception."<<endl;
    


//实现动态数组
class Array
public:
    Array();
    ~Array() free(m_p); ;
public:
    int operator[](int i) const;  //获取数组元素
    int push(int ele);  //在末尾插入数组元素
    int pop();  //在末尾删除数组元素
    int length() const return m_len; ;  //获取数组长度
private:
    int m_len;  //数组长度
    int m_capacity;  //当前的内存能容纳多少个元素
    int *m_p;  //内存指针
private:
    static const int m_stepSize = 50;  //每次扩容的步长
;

Array::Array()
    m_p = (int*)malloc( sizeof(int) * m_stepSize );
    m_capacity = m_stepSize;
    m_len = 0;

int Array::operator[](int index) const 
    if( index<0 || index>=m_len )  //判断是否越界
        throw OutOfRange(m_len, index);  //抛出异常（创建一个匿名对象）
    

    return *(m_p + index);

int Array::push(int ele)
    if(m_len >= m_capacity)  //如果容量不足就扩容
        m_capacity += m_stepSize;
        m_p = (int*)realloc( m_p, sizeof(int) * m_capacity );  //扩容
    

    *(m_p + m_len) = ele;
    m_len++;
    return m_len-1;

int Array::pop()
    if(m_len == 0)
         throw OutOfRange();  //抛出异常（创建一个匿名对象）
    

    m_len--;
    return *(m_p + m_len);


//打印数组元素
void printArray(Array &arr)
    int len = arr.length();

    //判断数组是否为空
    if(len == 0)
        cout<<"Empty array! No elements to print."<<endl;
        return;
    

    for(int i=0; i<len; i++)
        if(i == len-1)
            cout<<arr[i]<<endl;
        else
            cout<<arr[i]<<", ";
        
    


int main()
    Array nums;
    //向数组中添加十个元素
    for(int i=0; i<10; i++)
        nums.push(i);
    
    printArray(nums);

    //尝试访问第20个元素
    try
        cout<<nums[20]<<endl;
    catch(OutOfRange &e)
        e.what();
    

    //尝试弹出20个元素
    try
        for(int i=0; i<20; i++)
            nums.pop();
        
    catch(OutOfRange &e)
        e.what();
    

    printArray(nums);

    return 0;

运行结果：
0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
Error: out of range( array length 10, access index 20 )
Error: empty array, no elements to pop.
Empty array! No elements to print.

Array 类实现了动态数组，它的主要思路是：在创建对象时预先分配出一定长度的内存（通过 malloc() 分配），内存不够用时就再扩展内存（通过 realloc() 重新分配）。Array 数组只能在尾部一个一个地插入（通过 push() 插入）或删除（通过 pop() 删除）元素。

我们通过重载过的[ ]运算符来访问数组元素，如果下标过小或过大，就会抛出异常（第53行代码）；在抛出异常的同时，我们还记录了当前数组的长度和要访问的下标。