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c++中如何实现动态数组_c++自定义Array类实现动态扩容【汇总】

尼克

尼克

发布时间:2026-01-31 11:15:57

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来源于php中文网

原创

std::vector通常是正确答案,自定义Array仅适用于学习RAII、嵌入式环境或需特定行为;必须重载operator[]、push_back()、size()/capacity()、析构/拷贝/移动函数;扩容宜选1.5×或2×,禁用+1/+10;处理非平凡类型须用placement new和显式析构。

c++中如何实现动态数组_c++自定义array类实现动态扩容【汇总】

为什么不能直接用 std::vector

多数场景下,std::vector 就是正确答案——它已处理好内存管理、异常安全、迭代器失效、移动语义等所有边界情况。所谓“自定义 Array 类”,通常只出现在三类场景:学习内存布局与 RAII嵌入式/无 STL 环境、或需要特定行为(如固定增长因子、预分配策略、非默认构造对象的延迟初始化)。若只是想“动态扩容”,别重复造轮子;若真要实现,请先明确你放弃 std::vector 的具体理由。

Array 类必须重载哪些操作符?

最小可用接口取决于使用方式,但以下几项几乎无法绕过:

  • operator[]:提供随机访问,需区分 const/non-const 版本
  • push_back():核心扩容入口,内部调用 reserve() 或直接 realloc
  • size()capacity():暴露当前状态,避免用户误判
  • 析构函数 + 拷贝构造 + 拷贝赋值(C++11 后建议加移动构造/赋值):否则浅拷贝导致 double-free

漏掉拷贝控制函数是新手最常踩的坑——new 出的内存不手动 delete[],或未深拷贝指针,运行时崩溃往往发生在函数返回后。

扩容策略选 还是 1.5×

这不是性能玄学,而是空间与时间的显式权衡:

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  • 扩容:每次 push_back 平摊复杂度仍是 O(1),但可能浪费更多内存(尤其插入量不稳定时)
  • 1.5×(如 VS STL 实现):减少内存碎片,长期看更省内存,但分配次数略多,且需用浮点或整数技巧避免反复取整误差
  • 绝对不要用 +1+10:会导致连续 push_back 退化为 O(n²)

示例中常用整数倍计算避免浮点依赖:

size_t new_capacity = (capacity_ == 0) ? 1 : capacity_ + capacity_ / 2; // 1.5× 向下取整

如何安全处理非 trivial 类型(如 std::string)?

malloc/realloc 不会调用构造/析构函数,对含资源管理的对象是灾难。必须用 placement new 和显式析构:

  • 分配新内存后,用 new (ptr) T{...} 逐个构造元素
  • 移动旧数据时,不能直接 memcpy,要用 std::move + 构造 + 原地析构
  • 释放旧内存前,必须遍历并显式调用每个对象的析构函数:p->~T()

这也是为什么手写容器里常见 std::is_trivially_copyable_v 分支——对 trivial 类型可 memcpy 加速,否则走安全但稍慢的 move+destroy 路径。

真正难的不是扩容逻辑,而是把构造、析构、异常安全、移动语义全串起来不出错。哪怕只支持 int,也建议从模板开始写,并立刻用 std::string 测试——它会立刻暴露你是否忘了调用析构函数。

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