数据结构(04)_数组类的实现

Posted 2020-11-14

C++中支持原生数组，但由于原生数组的天然缺陷（不能获取长度信息、越界访问不会报错...），我们有必要来开发自己的数组类，从而解决这些问题。
数组类的继承关系如图：

19.数组类的实现_1

19.1.抽象类模板Array

需求分析：
1、由于线性表，不能作为数组直接使用，我们需要自己实现一个数组类来代替原生数组。
2、解决原生数组越界访问不会报错的问题
3、提供数组的长度信息

19.2.Array设计要点：

• 抽象类模本,存储空间的位置和大小由子类指定。
• 重载数组操作符，并判断访问下标是否越界（合法）
• 提供数组长度信息的抽象访问函数
• 提供数组对象间的复制操作（通过重载拷贝构造函数和赋值操作符完成）

  template < typename T >
  class Array : public Object
  {
  protected:
  T *m_array;
  public:
  T& operator [] (int index)
  T operator [] (int index) const
  bool get(int index, const T& e)
  bool set(int index, const T& e)
  virtual int length(void) = 0;
  };

  19.2.1. Array的实现

#ifndef ARRRY_H
#define ARRRY_H

#include "Object.h"
#include "Exception.h"

namespace DTLib
{
template < typename T >
class Array : public Object
{
protected:
    T *m_array;
public:
    T& operator [] (int index)
    {
        if( (index>=0) && (index<length()) )
        {
            return m_array[index];
        }
        else
        {
            THROW_EXCEPTION(IndexOutOfBoundsException, "array index out of range...");
        }
    }

    T operator [] (int index) const
    {
        return const_cast<Array<T>&>(*this)[index];
    }

    bool get(int index, const T& e)
    {
        bool ret = (index>=0) && (index<length());

        if( ret )
        {
            e = m_array[index];
        }

        return ret;
    }

    bool set(int index, const T& e)
    {
        bool ret = (index>=0) && (index<length);

        if( ret )
        {
            m_array[index] = e;
        }

        return ret;
    }

    virtual int length(void) = 0;
};
}

#endif // ARRRY_H

19.3.StaticArray的实现

设计要点：

• 封装原生数组;
• 使用模板参数决定数组大小
• 实现函数返回数组长度
• 拷贝构造和赋值重载

  template < typename T, int N >
  class StaticArray : public Array<T>   
  protected:
  T m_space[N];
  public:
  StaticArray()
  // 提供拷贝构造喊赋值重载函数，实现数组的拷贝
  StaticArray(const StaticArray<T, N>& obj)
  T& operator = (const StaticArray<T, N>& obj)
  int length(void)
  };

  19.3.1. StaticArray的实现

#ifndef STATICARRAY_H
#define STATICARRAY_H

#include "Array.h"

namespace DTLib
{
template <typename T, int N>
class StaticArray : public Array<T>
{
protected:
    T m_space[N];
public:
    StaticArray()
    {
        this->m_array = m_space;
    }

    StaticArray(const StaticArray<T, N>& obj)
    {
        this->m_array = m_space;

        for(int i=0; i<length();i++)   // 数组元素拷贝
        {
            m_space[i] = obj.m_space[i];
        }
    }

    T& operator ==(const StaticArray<T, N>& obj)
    {
        if(this != &obj)
        {
            this->m_array = m_space;

            for(int i=0; i<length();i++)
            {
                m_space[i] = obj.m_space[i];
            }
        }
    }

    int length(void)
    {
        return N;
    }
};
}
#endif // STATICARRAY_H

20.数组类的实现_2

20.1.DynamicArray的实现

设计要点：类模板

• 动态确定内部数组空间的大小
• 实现函数返回数组的长度
• 拷贝构造和赋值操作

  template < typename T >
  class DynamicArray : public Array<T>
  {
  protected:
  int m_length;
  public:
  DynamicArray(int length)
  DynamicArray(const DynamicArray<T>& obj)
  DynamicArray<T>& operator = (const DynamicArray<T>& obj)
  void resize(int length)
  ~DynamicArray()
  };

  20.2.DynamicArray代码优化

  DynamicArray类中的函数实现存在重复的逻辑，可以进行代码优化。
  重复代码逻辑的抽象：
  — init 函数中实现对象构造时的初始化操作
  — copy 函数负责从堆空间中申请内存，并执行拷贝构造操作
  — updata 将指定的堆空间作为内部存储数组使用

  20.2.1. DynamicArray实现

#ifndef DYNAMICLIST_H
#define DYNAMICLIST_H

#include "SeqList.h"

namespace DTLib
{

template <typename T>
class DynamicList : public SeqList<T>
{

protected:
    int m_capacity;
public:
    DynamicList(int capacity)
    {
        this->m_array = new T[capacity];
        if(this->m_array != NULL)
        {
            this->m_length = 0;
            this->m_capacity = capacity;
        }
        else
        {
            THROW_EXCEPTION(NoEnoughMemoryException,"No memory to create DynamicList object ...");
        }
    }

    int capacity()const
    {
        return m_capacity;
    }

    void resize(int capacity)
    {
        if(capacity != m_capacity)
        {
            T* array = new T[capacity];
            if(array != NULL)
            {
                int length = (this->m_length < capacity ? this->m_length : capacity);
                for(int i=0;i<length;i++)
                {
                    array[i] = this->m_array[i];
                }

                T* temp = this->m_array;
                this->m_array = array;
                this->m_length = length;
                this->m_capacity = capacity;
                delete[] temp;
            }
            else
            {
                THROW_EXCEPTION(NoEnoughMemoryException,"No memory to create DynamicList object ...");
            }
        }
    }

    ~DynamicList()
    {
        delete[] this->m_array;
    }
};

}

#endif // DYNAMICLIST_H

总结：

• StaticArray通过封装原生数组的方式，实现数组类
• DynamicArray动态申请堆空间，使得数组长度动态可变
• 数组对象能够代替原生数组，并且使用上更安全
• 代码优化时项目开发必不可少的环节