在 C++ 中实现增量数组

Posted 2023-03-14

【中文标题】在 C++ 中实现增量数组

【英文标题】：Implementing incremental array in C++

【发布时间】：2012-01-17 13:48:05

【问题描述】：

我想实现一个可以随着新值的添加而递增的数组。就像在 Java 中一样。我不知道如何做到这一点。谁能给我一个方法？

这是出于学习目的，因此我不能使用std::vector。

【问题讨论】：

使用std::vector，不要重新发明***。 [除非你为了学习而实施它]

是的，即使您将其用于学习，也请在开始之前查看std::vector 的工作原理。

@amit 是的，我这样做是为了学习。谢谢。

@Adembian 我不能使用 std::vector 这是我的 uni 作品。但是谢谢我正在阅读有关矢量的内容。

@JKAUSHALYA：我编辑了问题并添加了您在cmets中提到的信息，如果您认为错误，请回滚或重新编辑。

【参考方案1】：

这是一个起点：您只需要三个变量，nelems、capacity 和一个指向实际数组的指针。因此，您的课程将开始为

class dyn_array

    T *data;
    size_t nelems, capacity;
;

其中T 是您要存储的数据类型；为了获得额外的荣誉，请将此作为模板类。现在实现您的教科书或Wikipedia page on dynamic arrays 中讨论的算法。

请注意，new/delete 分配机制不支持像 C 的 realloc 那样增加数组，因此在增加容量时实际上会移动 data 的内容。

【参考方案2】：

我想借此机会让您对一个有趣但有些困难的话题感兴趣：例外。

如果您自己开始分配内存并随后使用原始指针，您会发现自己处于避免内存泄漏的困境。 即使您将内存的簿记委托给正确的类（例如std::unique_ptr<char[]>），您仍然必须确保更改对象的操作在失败时使其保持一致状态。

例如，下面是一个简单的类，其中有一个不正确 resize 方法（这是大多数代码的核心）：

template <typename T>
class DynamicArray 
public:
  // Constructor
  DynamicArray(): size(0), capacity(0), buffer(0) 

  // Destructor
  ~DynamicArray() 
    if (buffer == 0)  return; 

    for(size_t i = 0; i != size; ++i) 
      T* t = buffer + i;
      t->~T();
    

    free(buffer); // using delete[] would require all objects to be built
  

private:
  size_t size;
  size_t capacity;
  T* buffer;
;

好的，这就是简单的部分（虽然已经有点棘手了）。

现在，如何在最后推送一个新元素？

template <typename T>
void DynamicArray<T>::resize(size_t n) 
  // The *easy* case
  if (n <= size) 
    for (; n < size; ++n) 
      (buffer + n)->~T();
    
    size = n;
    return;
  

  // The *hard* case

  // new size
  size_t const oldsize = size;
  size = n;

  // new capacity
  if (capacity == 0)  capacity = 1; 
  while (capacity < n)  capacity *= 2; 

  // new buffer (copied)
  try 

    T* newbuffer = (T*)malloc(capacity*sizeof(T));

    // copy
    for (size_t i = 0; i != oldsize; ++i) 
      new (newbuffer + i) T(*(buffer + i));
    

    free(buffer)
    buffer = newbuffer;

   catch(...) 
    free(newbuffer);
    throw;
  

感觉不对？

我的意思是，我们甚至会处理T 的复制构造函数可能引发的异常！是的！

请注意我们遇到的微妙问题：如果抛出异常，我们已更改 size 和 capacity 成员，但仍保留旧的 buffer。

当然，解决办法很明显：我们应该先改变缓冲区，然后再改变大小和容量。当然……

但要做到这一点“很难”。

---

我建议使用另一种方法：创建一个不可变数组类（容量应该是不可变的，而不是其余的），并实现一个无异常的 swap 方法。

然后，您将能够更轻松地实现“类事务”语义。

【讨论】：

我刚刚意识到我掩盖了另一个细节：如果抛出异常，也必须正确销毁新复制的元素。

【参考方案3】：

随着我们添加元素而动态增长的数组称为动态数组、可增长数组，这里是 dynamic array 的完整实现。

【参考方案4】：

在 C 和 C++ 中，数组表示法基本上只是简写的指针数学。 所以在这个例子中。

    int fib [] =  1, 1, 2, 3, 5, 8, 13;

这个：

    int position5 = fib[5];

和这样说是一回事吗：

    int position5 = int(char*(fib)) + (5 * sizeof(int));

所以基本上数组只是指针。

所以如果你想自动分配，你需要编写一些包装函数来调用 malloc() 或 new，（分别是 C 和 C++）。

虽然您可能会发现向量正是您要寻找的...