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理解数组

2024-07-04 05:24:20   226人阅读

什么是数组？ 简单来说数组代表一块连续的内存，内部包含连续的一排相同的对象， 因为内存分布连续且对象大小相同，所以我们可以高效的根据索引随机访问和赋值。

数组是我们平时用的最多的数据结构， 因为它很符合我们程序运行时的平坦内存布局，使用起来简单而高效。可以这样说，只要恰当的使用，数组可以满足我们工作中的大部分需要。

数组包括静态数组和动态数组， C/C++语言内置支持数组， 我们平时一般这样用：
void test()
{
    int ar[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    int v = a[2];

    int* pAr = new int[3];
    pAr[1] = v;
    delete []pAar;
}

其中ar是静态数组，它分配在该线程的堆栈上， 而pAr是动态分配的，它内存分配在堆上， 详细内存分配可以看我这篇《C++中new和delete的背后》。

对于数组，我们要注意的是C++数组不支持多态， 这里他们讨论过这个问题《C++的数组不支持多态？》

上面我们讨论的动态数组是C++语言内置支持的， 但是因为内置数组大小固定且容易越界， 另外还有上面的多态问题， C++标准库为我们提供了另一种封装vector， 我们可以这样用：
void test()
{
    vector<int> ar;
    ar.push_back(1);
    ar.push_back(2);
    int d = ar[1];
    ar[2] = 10;
}

我们可以看到， vector使用起来非常方便， 一方面我们可以像内置数组一样使用， 另一方面我们不用再担心容量问题， 因为它会在大小不够时自动增加。

vector虽然简单，但是实际上它有 不少陷井和技巧， 下面列举一些常见问题：

1。小心迭代器失效
void test()
{
 vector<int> ar;
 ar.push_back(1);
 vector<int>::iterator itr = ar.begin();
 for(int i=0; i<100; ++i)
 {
  ar.push_back(i);
 }
 
 int d = *itr;
}

你看出上面代码的问题了吗？ 
不错， 可能在我们push_back过程中， 内存重新分配了， 导致我们原先记录的迭代器itr已经失效， 后面再重新访问就出错了。

2。防止内存多次分配
我们知道在push_back过程中， 当数组容量不够时， 我们就会重新分配内存， 然后将已有的元素进行拷贝， 效率很低。
所以最好的方法是用reserve()方法对需要的大小进行正确的估计，然后预留足够的空间， 防止重新内存分配。

3。释放已分配空间
有些时候某个vector对象已经分配了挺大空间，当用的差不多时， 我们需要释放这些空间， 但是要保留该对象，要怎么做？
这里有个挺实用的swap技巧：
vector<int> vec;
void test()
{
    for(int i=0; i<10000; ++i)
        vec.push_back(i);


    vector<int> temp;
    vec.swap(temp);
}

4。删除某些符合条件的元素
void test()
{
 vector<int> ar;
 for(int i=0; i<100; ++i)
 {
  ar.push_back(i);
 }

vector<int>::iterator itr = ar.begin();
 for(;itr != ar.end();)
 {
  if(*itr > 10)
  {
   itr = ar.erase(itr);
  }
  else
  {
   ++itr;
  }
 }
}

上面的代码删除数组中大于10的所有item, 实际上我们可以下面更简单的方法替代：
ar.erase(remove_if(ar.begin(), ar.end(), bind2nd(greater<int>(), 10)), ar.end());

从上面的一些技巧，我们可以看到， 只有真正理解了vector的内部实现原理， 我们才能规避一些使用陷井， 更简单而高效的开发程序。

上面我们讨论的vector主要针对的模拟C++内置的动态数组部分， 而对于静态数组部分，我们是不是也有相应的类? 
是的，C++11里新增的array就是做这个事的， 我们可以这样用：
void test()
{
 std::array<int, 10> ar = {1, 2, 3, 4}; 
 ar[5] = 33;
}

其中array<int, 10>在内部存储实际上是int data[10]；

最后， 简单总结下，我们从C++的内置数组讲到标准库提供的vector， 最后谈到C++11新增的array, 数组这个最基本的数据结构在C++中终于有了完整的支持。


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