C++中定义动态数组

Posted 2023-02-18 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。

动态数组的完整实现代码如下：

#include <iostream>
#include <cstring>
#include <cstdlib>
using namespace std;
template<typename T, int N>
class Array
public:
    Array();
    ~Array();
public:
    T & operator[](int i);  //重载下标运算符[]
    int length() const  return m_length;   //获取数组长度
    bool capacity(int n);  //改变数组容量
private:
    int m_length;  //数组的当前长度
    int m_capacity;  //当前内存的容量（能容乃的元素的个数）
    T *m_p;  //指向数组内存的指针
;
template<typename T, int N>
Array<T, N>::Array()
    m_p = new T[N];
    m_capacity = m_length = N;

template<typename T, int N>
Array<T, N>::~Array()
    delete[] m_p;

template<typename T, int N>
T & Array<T, N>::operator[](int i)
    if(i<0 || i>=m_length)
        cout<<"Exception: Array index out of bounds!"<<endl;
    
    return m_p[i];

template<typename T, int N>
bool Array<T, N>::capacity(int n)
    if(n > 0)  //增大数组
        int len = m_length + n;  //增大后的数组长度
        if(len <= m_capacity)  //现有内存足以容纳增大后的数组
            m_length = len;
            return true;
        else  //现有内存不能容纳增大后的数组
            T *pTemp = new T[m_length + 2 * n * sizeof(T)];  //增加的内存足以容纳 2*n 个元素
            if(pTemp == NULL)  //内存分配失败
                cout<<"Exception: Failed to allocate memory!"<<endl;
                return false;
            else  //内存分配成功
                memcpy( pTemp, m_p, m_length*sizeof(T) );
                delete[] m_p;
                m_p = pTemp;
                m_capacity = m_length = len;
            
        
    else  //收缩数组
        int len = m_length - abs(n);  //收缩后的数组长度
        if(len < 0)
            cout<<"Exception: Array length is too small!"<<endl;
            return false;
        else
            m_length = len;
            return true;
        
    

int main()
    Array<int, 5> arr;
    //为数组元素赋值
    for(int i=0, len=arr.length(); i<len; i++)
        arr[i] = 2*i;
    
   
    //第一次打印数组
    for(int i=0, len=arr.length(); i<len; i++)
        cout<<arr[i]<<" ";
    
    cout<<endl;
   
    //扩大容量并为增加的元素赋值
    arr.capacity(8);
    for(int i=5, len=arr.length(); i<len; i++)
        arr[i] = 2*i;
    
    //第二次打印数组
    for(int i=0, len=arr.length(); i<len; i++)
        cout<<arr[i]<<" ";
    
    cout<<endl;
    //收缩容量
    arr.capacity(-4);
    //第三次打印数组
    for(int i=0, len=arr.length(); i<len; i++)
        cout<<arr[i]<<" ";
    
    cout<<endl;
    return 0;

运行结果：
0 2 4 6 8
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
0 2 4 6 8 10 12 14 16

Array 是一个类模板，它有一个类型参数T和一个非类型参数N，T 指明了数组元素的类型，N 指明了数组长度。

capacity() 成员函数是 Array 类的关键，它使得数组容量可以动态地增加或者减小。传递给它一个正数时，数组容量增大；传递给它一个负数时，数组容量减小。

之所以能通过[ ]来访问数组元素，是因为在 Array 类中以成员函数的形式重载了[ ]运算符，并且返回值是数组元素的引用。如果直接返回数组元素的值，那么将无法给数组元素赋值。