C++动态数组类的封装实例

下面我会详细讲解关于“C++动态数组类的封装实例”的完整攻略。

1. 背景介绍

在 C++ 中，原生的数组容量是固定的，一旦定义了大小就无法修改；而动态数组则允许在运行时根据需要动态的分配和释放内存，其容量也可以被动态的改变，因此动态数组类在 C++ 中封装及应用十分常见。

2. 算法设计

动态数组类的封装基本上涉及以下的核心内容：

2.1 成员变量

由于动态数组能够自动扩展和释放空间，因此成员变量中应该有一个指针变量，用于存储动态数组的地址，以及一个记录当前数组容量大小的整形成员变量。

class DynamicArray {
private:
    T *data;
    int capacity;
}

2.2 构造函数

在构造函数中，应该分配一段初始的空间大小给指针变量data，并将当前capacity设置为该大小。

DynamicArray(int initCapacity = 10) {
    capacity = initCapacity;
    data = new T[capacity];
}

2.3 析构函数

在析构函数中，应该清空data指针，并释放其所指向的内存。

~DynamicArray() {
    delete[] data;
    data = nullptr;
    capacity = 0;
}

2.4 成员函数

（1）获取数组容量的方法 getSize()：

int getSize() {
    return capacity;
}

（2）判断数组是否为空的方法 isEmpty()：

bool isEmpty() {
    return capacity == 0;
}

（3）在数组末尾添加元素的方法 add()：

void add(T value) {
    // 先判断当前数组是否已满
    if (getSize() == capacity) {
        // 如果已满，则扩展数组容量
        int newCapacity = capacity * 2;
        T *newData = new T[newCapacity];
        for (int i = 0; i < capacity; i++) {
            newData[i] = data[i];
        }
        delete[] data;
        data = newData;
        capacity = newCapacity;
    }
    // 添加元素
    data[getSize()] = value;
}

（4）在指定位置插入元素的方法 insert()：

void insert(int index, T value) {
    // 先判断当前数组是否已满
    if (getSize() == capacity) {
        // 如果已满，则扩展数组容量
        int newCapacity = capacity * 2;
        T *newData = new T[newCapacity];
        for (int i = 0; i < capacity; i++) {
            newData[i] = data[i];
        }
        delete[] data;
        data = newData;
        capacity = newCapacity;
    }
    // 调整数组元素位置
    for (int i = getSize(); i > index; i--) {
        data[i] = data[i-1];
    }
    // 在指定位置插入元素
    data[index] = value;
}

3. 示例说明

示例一

DynamicArray<string> arr;
arr.add("hello");
arr.add("world");
arr.insert(0, "C++");
for (int i = 0; i < arr.getSize(); i++) {
    cout << arr[i] << endl;
}

该示例代码定义了一个DynamicArray类型的对象arr，并依次向其中添加了三个元素，然后在第一个位置插入了一个新元素。最后通过for循环遍历输出数组中的每个元素。

示例二

DynamicArray<int> arr(5);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    arr.add(i);
}
cout << "Array size: " << arr.getSize() << endl;
cout << "Array is empty? " << (arr.isEmpty()?"Yes":"No") << endl;
for (int i = 0; i < arr.getSize(); i++) {
    cout << arr[i] << endl;
}

该示例代码定义了一个容量为5的DynamicArray对象arr，并通过for循环向其中添加了10个元素，会发现容量自动扩展，最后输出数组容量及所有元素的值。