【數據結構】19_數組類的建立（上）

課程目標

• 完成 Array 類的具體實現
• 完成 StaticArray 類的具體實現

需求分析

• 建立數組類代替原生數組的使用

  • 數組類包含長度信息
  • 數組類可以主動發現越界訪問

Array 要點設計

• 抽象類模板，存儲空間的位置和大小由子類完成
• 重載數組操做符，判斷訪問下標是否合法
• 提供數組長度的抽象訪問函數
• 提供數組對象間的複製操做

Array 類的聲明

template <typename T>
class Array : public Object
{
public:
    virtual bool set(int i, const T &e);
    virtual bool get(int i, T &e) const;
    virtual int length() const = 0;
    
    T &operator[] (int i);
    T operator[] (int i) const;

protected:
    T *m_array;
};

編程實驗：抽象數組類實現

#ifndef ARRAY_H
#define ARRAY_H

#include "Object.h"
#include "Exception.h"

namespace DTLib
{

template <typename T>
class Array : public Object
{
public:
    virtual bool set(int i, const T &e)  // O(1)
    {
        bool ret = ((0 <= i) && (i < length()));

        if (ret)
        {
            m_array[i] = e;
        }

        return ret;
    }

    virtual bool get(int i, T &e) const  // O(1)
    {
        bool ret = ((0 <= i) && (i < length()));

        if (ret)
        {
            e = m_array[i];
        }

        return ret;
    }

    T &operator[] (int i)  // O(1)
    {
        if ((0 <= i) && (i < length()))
        {
            return m_array[i];
        }
        else
        {
            THROW_EXCEPTION(IndexOutOfBoundsException, "Paramter i is invalid ...");
        }
    }

    T operator[] (int i) const  // O(1)
    {
        return const_cast<Array<T>&>(*this)[i];
    }

    virtual int length() const = 0;

protected:
    T *m_array = nullptr;
};

}

#endif // ARRAY_H

StaticArray 設計要點

• 類模板

  • 封裝原生數組
  • 使用模板參數決定數組大小
  • 實現函數返回數組長度
  • 拷貝和賦值操做

StaitcArray 類的聲明

template <typename T, int N>
class StaticArray : public Array<T>
{
public:
    StaticArray();
    StaticArray(const StaticArray<T, N> &obj);
    StaticArray<T, N> &operator= (const StaticArray<T, N> &obj);
    
    int length() const;

protected:
    T m_space[N];
};

編程實驗：靜態數組類的實現

StaticArray.h

#ifndef STATICARRAY_H
#define STATICARRAY_H

#include "Array.h"

namespace DTLib
{

template <typename T, int N>
class StaticArray : public Array<T>
{
public:
    StaticArray()  // O(1)
    {
        this->m_array = m_space;
    }

    StaticArray(const StaticArray<T, N> &obj)  // O(n)
    {
        this->m_array = m_space;

        for (int i=0; i<N; ++i)
        {
            m_space[i] = obj.m_space[i];
        }
    }

    StaticArray<T, N> &operator= (const StaticArray<T, N> &obj)  // O(n)
    {
        if (this != &obj)
        {
            for (int i=0; i<N; ++i)
            {
                m_space[i] = obj.m_space[i];
            }
        }

        return *this;
    }

    int length() const  // O(1)
    {
        return N;
    }

protected:
    T m_space[N];
};

}

#endif // STATICARRAY_H

文件：main.cpp

#include <iostream>
#include "StaticArray.h"

using namespace std;
using namespace DTLib;

int main()
{
    cout << "main begin" << endl;

    StaticArray<int, 5> a;

    for (int i=0; i<a.length(); ++i)
    {
        a[i] = i * i;
    }

    for (int i=0; i<a.length(); ++i)
    {
        cout << a[i] << endl;
    }

    cout << "---------" << endl;

    StaticArray<int, 5> a1;

    a1 = a;

    for (int i=0; i<a1.length(); ++i)
    {
        cout << a1[i] << endl;
    }

    cout << "main end" << endl;

    return 0;
}

輸出：

main begin
0
1
4
9
16
---------
0
1
4
9
16
main end

To be continued...

思考：
如歌實現DynamicArray?
DynamicArray 與 StaticArray 的差距在哪裏？

以上內容整理於狄泰軟件學院系列課程，請你們保護原創！