C++類模板實戰(zhàn)之vector容器的實現(xiàn)

更新時間：2022年07月04日 09:50:48 作者：葉落秋白

本文我們將做一個類模板實戰(zhàn)-手寫精簡版vector容器。讓我們自己封裝一個數(shù)組類，可以適應(yīng)基本數(shù)據(jù)類型和自定義數(shù)據(jù)類型，感興趣的可以了解一下

1、封裝數(shù)組類屬性并完成有參構(gòu)造以及析構(gòu)函數(shù)
2、提供對應(yīng)的深拷貝構(gòu)造函數(shù)防止調(diào)用析構(gòu)時出錯
3、重載類內(nèi)的賦值運算符防止淺拷貝問題出現(xiàn)
4、提供尾部插入和刪除的方法
5、重載[]得到數(shù)組中對應(yīng)下標(biāo)的數(shù)據(jù)信息
6、提供get方法獲取當(dāng)前數(shù)組容量及大小
7、提供打印函數(shù)測試基本數(shù)據(jù)類型和自定義數(shù)據(jù)類型的存儲

案例要求

可以對內(nèi)置數(shù)據(jù)類型以及自定義數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)進行存儲

將數(shù)組中的數(shù)據(jù)存儲到堆區(qū)

構(gòu)造函數(shù)中可以傳入數(shù)組的容量

提供對應(yīng)的拷貝構(gòu)造函數(shù)以及operator=防止淺拷貝問題

提供尾插法和尾刪法對數(shù)組中的數(shù)據(jù)進行增加和刪除

可以通過下標(biāo)的方式訪問數(shù)組中的元素

可以獲取數(shù)組中當(dāng)前元素個數(shù)和數(shù)組的容量

完成步驟

1、封裝數(shù)組類屬性并完成有參構(gòu)造以及析構(gòu)函數(shù)

#pragma once
#include<iostream>
using namespace std;
template<class T>
class Arrays
{
private:
    T* arr;//數(shù)組arr存放T類型的數(shù)據(jù)
    int capacity;//數(shù)組容量
    int size;//數(shù)組大小
public:
    Arrays(int capacity)
    {
        this->capacity = capacity;
        this->size = 0;
        this->arr = new T[this->capacity];
    }
    ~Arrays()
    {
        if (this->arr != NULL)
        {
            delete []this->arr;
            this->arr = NULL;
        }
    }
};

我把自己的這個數(shù)組類模板放到一個.hpp文件里，方便測試的時候調(diào)用。代碼第一行是為了防止頭文件重復(fù)包含，template里面的T就是數(shù)組的數(shù)據(jù)類型，根據(jù)調(diào)用時不同的指定存放不同類型的數(shù)據(jù)。將數(shù)組arr以及數(shù)組容量和大小進行封裝，寫在私有權(quán)限下即可。然后提供該類的有參構(gòu)造，參數(shù)列表傳入的是數(shù)組容量，有參構(gòu)造初始化了數(shù)組的容量以及大小并將數(shù)組開辟到了堆區(qū)。析構(gòu)函數(shù)就是來清理堆區(qū)數(shù)據(jù)，如果我們開辟的堆區(qū)數(shù)組不為空，那就清理掉并將其指向NULL，這樣可以防止野指針出現(xiàn)，避免異常。

2、提供對應(yīng)的深拷貝構(gòu)造函數(shù)防止調(diào)用析構(gòu)時出錯

    Arrays(const Arrays& p)
    {
        this->capacity = p.capacity;
        this->size = p.size;
        this->arr = new T[p.capacity];
        for (int i = 0; i < this->size; i++)
        {
            this->arr[i] = p.arr[i];
        }
    }

如果不提供深拷貝，那么編譯器就會有：this->arr=p->arr 這行代碼，那么一旦我們調(diào)用編譯器提供的淺拷貝，當(dāng)運行到析構(gòu)函數(shù)時，就會出現(xiàn)重復(fù)刪除地址的情況，必然會出現(xiàn)程序錯誤。所以我們要自己提供深拷貝構(gòu)造函數(shù)，將上面的代碼改為 this->arr= new T[p.capacity] ，這樣調(diào)用析構(gòu)的時候各自刪除各的堆區(qū)數(shù)據(jù)，不會出現(xiàn)上述情況。最后利用for循環(huán)將傳進來的對象的數(shù)據(jù)賦值給新開辟的數(shù)組。

3、重載類內(nèi)的賦值運算符防止淺拷貝問題出現(xiàn)

    Arrays& operator=(const Arrays& p)
    {
        if (this->arr!=NULL)
        {
            delete []this->arr;
            this->arr = NULL;
            this->capacity = 0;
            this->size = 0;
        }
        //深拷貝過程
        this->capacity = p.capacity;
        this->size = p.size;
        this->arr = new T[this->capacity];
        for (int i = 0; i < p.size; i++)
        {
            this->arr[i] = p.arr[i];
        }
        return *this;
    }

當(dāng)數(shù)組數(shù)據(jù)是對象的類型時，不能簡單的將數(shù)組進行賦值操作，因為也牽扯到直接賦值出現(xiàn)一樣的數(shù)組地址的情況，存在著深淺拷貝問題。賦值的時候是將傳入?yún)?shù)的數(shù)據(jù)賦值給自己，因此先把自己的屬性清空，然后就是深拷貝的實現(xiàn)了。最后返回的是*this，this指針能夠指向不同成員屬性，那么*this就是對象本身，然后看到返回值類型是對象引用，這樣就可以實現(xiàn)對象間的連續(xù)賦值了。

4、提供尾部插入和刪除的方法

    void insert_Arrays(const T&value)
    {
        if (this->capacity == this->size)
        {
            return;
        }
        this->arr[size] = value;
        this->size++;
    }
    void delete_Arrays()
    {
        if (this->size == 0)
        {
            return;
        }
        this->size--;
    }

尾插過程：先判斷數(shù)組是否已經(jīng)滿了，如果不滿就將形參賦值給當(dāng)前數(shù)組最后一個下標(biāo)的位置，然后更新數(shù)組下標(biāo)，這樣就能保證每次插入的數(shù)據(jù)都在數(shù)組末尾。

尾刪的實現(xiàn)：先判斷數(shù)組是否為空，不為空的時候直接把數(shù)組大小減一即可，讓編譯器訪問不到當(dāng)前的最后一個數(shù)組元素。注意尾刪的只是數(shù)據(jù)的指針，數(shù)組的地址并未刪除。

5、重載[]得到數(shù)組中對應(yīng)下標(biāo)的數(shù)據(jù)信息

    T& operator[](int index)
    {
        return this->arr[index];
    }

如果數(shù)組內(nèi)容是對象類型，是不存在對象數(shù)組的，所以要對[]運算符進行重載。返回值類型為數(shù)據(jù)類型的引用，也就是具體的數(shù)組內(nèi)的值，傳進去的整型參數(shù)就是數(shù)組下標(biāo)。

6、提供get方法獲取當(dāng)前數(shù)組容量及大小

    int getSize()
    {
        return this->size;
    }
    int getCapacity()
    {
        return this->capacity;
    }

這里就是經(jīng)典的get方法了，返回對應(yīng)封裝的成員屬性，不做多解釋。

7、提供打印函數(shù)測試基本數(shù)據(jù)類型和自定義數(shù)據(jù)類型的存儲

#include"arrays.hpp"
class Hero
{
    friend void printHero(Arrays<Hero>&hero);
private:
    string name;
    string position;
public:
    Hero() {}
    Hero(string name, string position)
    {
        this->name = name;
        this->position = position;
    }
};
void printArrays(Arrays<int>arr)
{
    for (int i = 0; i < arr.getSize(); i++)
    {
        cout << arr[i] << " ";
    }
    cout << endl;
}
void printHero(Arrays<Hero>&hero)
{
    for (int i = 0; i < hero.getSize(); i++)
    {
        cout << "姓名："<<hero[i].name<<" 位置："<<hero[i].position<<endl;
    }
}
void test()
{
    cout << "普通類型數(shù)組測試：" << endl;
    cout << "輸入數(shù)組容量為：" ;
    int n = 0; cin >> n;
    Arrays<int> array(n);
    cout << "輸入數(shù)據(jù)：";
    for (int i = 0; i < array.getCapacity(); i++)
    {
        int value = 0;
        cin >> value;
        array.insert_Arrays(value);
    }
    cout << "打印數(shù)組信息："<<endl;
    printArrays(array);
    array.delete_Arrays();
    cout << "刪除一次尾部數(shù)據(jù)后打印數(shù)組信息：" << endl;
    printArrays(array);
}
void test1()
{
    cout << "自定義類型數(shù)組測試：" << endl;
    Hero h1("火舞","中單");
    Hero h2("韓信","打野");
    Hero h3("桑啟","游走");
    Hero h4("守約","發(fā)育");
    Hero h5("關(guān)羽","對抗");
    Arrays<Hero> array(5);
    array.insert_Arrays(h1);
    array.insert_Arrays(h2);
    array.insert_Arrays(h3);
    array.insert_Arrays(h4);
    array.insert_Arrays(h5);
    printHero(array);
    array.delete_Arrays();
    cout << "刪除一次尾部數(shù)據(jù)后打印數(shù)組信息："<<endl;
    printHero(array);
}

首先引入之前封裝的數(shù)組類頭文件，提供printArrays和printHero函數(shù)來進行數(shù)組信息的打印，test和test1函數(shù)分別是整型數(shù)組和對象數(shù)組的測試。接下來看運行效果。

運行效果：