C++实现动态数组功能

发布时间：2020-10-19 00:11:52 阅读：180 作者：fall_foliage 栏目：编程语言

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数组

数组是一种线性表数据结构。它用一组连续内存空间，来存储一组具有相同数据类型数据。

1.线性表：数据存储像一条线一样的结构，每个线性表上的数据最多只有前和后的两个方向，如数组、链表、队列、栈等都是这种结构，所以实现的数组的动态操作，其他结构也可轻易的类似实现。更重要的是，在这之后看源码就可大大降低难度。（博主自己看的是STL源码剖析）
2.非线性表：如二叉树、堆、图等。
3连续内存空间和相同数据类型：当数组作插入、删除操作时，为了保证数据的连续性，往往需要做大量的数据搬移工作，效率很低。

动态数组功能实现

1.数组初始化

考虑到扩容时数据搬移可能会发生的内存泄露，博主这里采用两只手的原则，即设定一个内存标志位 ItemsFlag 。当 ItemsFlag = 0，using preitems；当 ItemsFlag = 1，using items。下文扩容部分有具体实现。默认数组容量10。

enum { MAX = 10 };
explicit GenericArray(int ss = MAX);
template<class T>
GenericArray<T>::GenericArray(int ss) : capacity(ss),counts(0)
{
 itemsFlag = 0;
 preitems = new T[capacity];
 items = nullptr;
}

2.析构函数

释放内存。

template<class T>
GenericArray<T>::~GenericArray()
{ 
 if (preitems != nullptr)
 delete[]preitems; 
 if (items != nullptr)
 delete[]items;
}

3.检查下标

检查要操作的下标是否在数组容量范围内。

template<class T>
bool GenericArray<T>::checkIndex(int index)
{
 if (index < 0 || index >= capacity)
 {
  int cap = capacity - 1;
  cout << "Out of the range! Please ensure the index be 
  in 0 ~ " << cap << '\n';
  return false;
 }
 return true;
}

4.获取元素数目和容量、判断数组空和满

int count()const { return counts; }
int getCapacity()const { return capacity; }
bool isEmpty()const { return counts == 0; }
bool isFull()const { return counts >= capacity; }

5.取索引对应值、按索引修改值、打印输出、是否包含某值

template<class T>
T GenericArray<T>::get(int index)
{
 if (!itemsFlag)
 return preitems[index];
 else
 return items[index];
}
void GenericArray<T>::set(int index, T elem)
{
 if(checkIndex(index))
 {
 if (!itemsFlag)
 preitems[index] = elem;
 else
 items[index] = elem;
 return;
 }
}
template<class T>
void GenericArray<T>::printArray()const
{
 for (int i = 0; i < counts; i++)
 if (!itemsFlag)
  cout << preitems[i] << '\t';
 else
  cout << items[i] << '\t'; 
 cout << '\n';
 return;
}
template<class T>
bool GenericArray<T>::contains(T arr)
{
 for (int i = counts - 1; i >= 0; i--)
 if (!itemsFlag)
 {
  if (arr == preitems[i])
  return true;
 }
 else
 {
  if (arr == items[i])
  return true;
 }
 return false;
}

6.查找某值下标、删除某值

查找某值的下标时，要考虑到该值在数组中是否重复，所以博主用了一个结构体 findArrIndex 来存储该值重复的次数和对应的下标。

struct findArrIndex
{
 int numIndex;
 int *findIndex;
};
template<class T>
void GenericArray<T>::find(T arr, findArrIndex *ps)
{
 ps->findIndex = new int[counts];
 ps->numIndex = 0;
 for (int i = 0, j = 0; i < counts; i++, j++)
 if (!itemsFlag)
 {
  if (arr == preitems[i])
  {
  (ps->findIndex)[j] = i;
  (*ps).numIndex++;
  cout << i << '\t';
  }
 }
 else
  if (arr == items[i])
  {
  (ps->findIndex)[j] = i;
  (*ps).numIndex++;
  cout << i << '\t';
  }
 cout << '\n';
 return;
}
template<class T>
void GenericArray<T>::removeElement(findArrIndex *ps)
{
 for (int i = ps->numIndex; i > 0; i--)
 remove((ps->findIndex)[i - 1]);
 delete[](ps->findIndex);
}
template<class T>
void GenericArray<T>::set(int index, T elem)
{
 if(checkIndex(index))
 {
 if (!itemsFlag)
 preitems[index] = elem;
 else
 items[index] = elem;
 return;
 }
}

7.扩容

添加数据操作时需判断数组容量是否足够，若不够需考虑扩容。

template<class T>
void GenericArray<T>::renewCapacity()
{
 cout << "The array's capacity is small! Renew capacity.\n";
 if (capacity < 1000)
 capacity = capacity << 1;
 else
 capacity = capacity >> 1 + capacity;
 if (!itemsFlag)
 {
 itemsFlag = 1;
 items = new T[capacity];
 for (int i = 0; i<counts; i++)
  *(items + i) = *(preitems + i);
  //items[i]=proitems[i];
 //cout << items << '\n';
 //cout << preitems << '\n';
 delete[]preitems;
 preitems = nullptr;
 }
 else
 {
 itemsFlag = 0;
 preitems = new T[capacity];
 for (int i = 0; i<counts; i++)
  *(preitems + i) = *(items + i);
 delete[]items;
 items = nullptr;
 }
}

8.添加数据：数组添加数据包括按索引下标插值、数组头插值、数组尾插值。实质上后两种都可以通过调用按索引下标插值函数实现。前文也提到过，数组添加操作中复杂的是大量的数据搬移工作：将某个元素按索引下标插入到数组第k个位置，需要将k ~ n部分的元素向后搬移一位，然后插入元素，更新元素数目。若插入到数组尾，时间复杂度O(1)；插入到数组头，时间复杂度O(n)；插入的平均时间复杂度为（1+2+…+n）/n = O(n)。
另外，还有一个优化问题：若数组是无序数组，则插入时不需要搬移数据：若将某个元素插入到数组第k个位置，首先将该位置的元素移动到数组末尾，然后将待插入元素插入到第k个位置，时间复杂度O(1)。

template<class T>
void GenericArray<T>::add(int index, T elem)
{
 if (isFull())
 {
 cout << "Array is full!" << '\n';
 renewCapacity();
 }
 if (checkIndex(index))
 if(!itemsFlag)
 {
  for (int i = counts; i > index; i--)
  preitems[i] = preitems[i - 1];
  preitems[index] = elem;
 }
 else
 {
  for (int i = counts; i > index; i--)
  items[i] = items[i - 1];
  items[index] = elem;
 }
 counts++;
 return;
}

template<class T>
void GenericArray<T>::addFirst(T elem)
{
 add(0, elem);
}

template<class T>
void GenericArray<T>::addLast(T elem)
{
 add(counts, elem);
}

9.删除数据：数组删除数据包括按索引下标删除、数组头删除、数组尾删除。实质上后两种都可以通过调用按索引下标删除函数实现。与前文类似，数组删除操作中复杂的也是大量的数据搬移工作：按索引下标将某个元素删除，需要将k+1 ~ n部分的元素向前搬移一位，更新元素数目。若删除数组尾，直接元素数目减一即可，时间复杂度O(1)；删除数组头，时间复杂度O(n)；删除的平均时间复杂度（1+2+…+n）/n = O(n)。
另外，有一个优化问题：如果想多次删除数组中的值，可以先对要删除的值做好标记，做完标记后一次删除，这样就大大减少了搬移的次数。

template<class T>
T GenericArray<T>::remove(int index)
{
 if (!isEmpty())
 { 
 if (checkIndex(index))
 {
  if (!itemsFlag)
  {
  T temp = preitems[index];
  for (int i = index+1; i < counts; i++)
   preitems[i - 1] = preitems[i];
  counts--;
  return temp;
  }
  else
  {
  T temp = items[index];
  for (int i = index + 1; i < counts; i++)
   items[i - 1] = items[i];
  counts--;
  return temp;
  }
 }
 }
 else
 {
 cout << "Array is empty!" << '\n';
 return -1;
 }
}
template<class T>
T GenericArray<T>::removeFirst()
{
 return remove(0);
}
template<class T>
T GenericArray<T>::removeLast()
{
 return remove(counts - 1);
}

好啦，基本上就这么多了。

最后总结一下，多看源码还是很重要的。

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