C++动态数组类的封装实例

C++中的动态数组（Dynamic Array）是指动态分配的、可以根据需求动态增长占用内存的数组。为了实现一个动态数组类的封装，我们需要考虑几个问题：new/delete的使用、内存分配策略、类的四大函数（构造函数、拷贝构造函数、拷贝赋值运算符、析构函数）、运算符的重载。涉及到的知识点很多，对此本文只做简单的介绍。

一、内存分配策略

当用new为一个动态数组申请一块内存时，数组中的元素是连续存储的，例如 vector和string。当向一个动态数组添加元素时，如果没有空间容纳新元素，不可能简单地将新元素添加到内存中的其他位置——因为元素必须连续存储。所以必须重新分配一块更大的内存空间，将原来的元素从旧位置移动到新空间中，然后添加新元素，释放旧的内存空间。如果我们每添加一个新元素，就执行一次这样的内存分配和释放操作，效率将会慢到不行。

为了避免上述的代价，必须减少内存重新分配的次数。所以我们采取的策略是：在不得不分配新的内存空间时，分配比新的空间需求更大的内存空间（通常为2倍）。这样，在相当一段时间内，添加元素时就不用重新申请内存空间。注意，只有当迫不得已时才可以分配新的内存空间。

二、类的四大函数

一个C++类一般至少有四大函数，即构造函数、拷贝构造函数、拷贝赋值运算符、析构函数。如果类未自己定义上述函数，C++编译器将为其合成4个默认的版本。但是往往编译器合成的并不是我们所期望的，为此我们有必要自己定义它们。

1.构造函数

类的构造函数（constructor）用来初始化类对象的非static数据成员，无论何时只要类的对象被创建，就会执行构造函数。

class Foo { 
public: 
  Foo(); // 构造函数 
  Foo(string &s); 
  // ... 
}; 

构造函数的名字和类名相同，没有返回类型。类可以包含多个构造函数（重载），它们之间在参数数量或类型上需要有所区别。构造函数有一个初始化部分和一个函数体，成员的初始化是在函数体执行之前完成的。

2.拷贝构造函数

如果一个构造函数的第一个参数是自身类类型的引用，且任何额外参数都有默认值，则此构造函数是拷贝构造函数（copy constructor）。

class Foo { 
public: 
  Foo(); 
  Foo(const Foo&); // 拷贝构造函数 
  // ... 
}; 

拷贝构造函数定义了如何用一个对象初始化另一个同类型的对象。拷贝初始化通常使用拷贝构造函数来完成。拷贝初始化发生在下列情况中：

使用等号（=）初始化一个变量
将一个对象作为实参传递给一个非引用类型的形参
从一个返回类型为非引用类型的函数返回一个对象
用花括号列表初始化一个数组中的元素

3.拷贝赋值运算符

类的拷贝赋值运算符（copy-assignment operator）是一个名为operator=的函数。类似于其他任何函数，它也有一个返回类型和一个参数列表。

class Foo { 
public: 
  Foo(); 
  Foo& operator=(const Foo&); // 赋值运算符 
  // ... 
}; 

拷贝赋值运算符定义了如何将一个对象赋值给另一个同类型的对象。赋值运算符是一个成员函数也是一个二元运算符，其左侧运算对象就绑定到隐式的this指针，右侧运算对象作为显式参数传递。注意：为了与内置类型的赋值保持一致，赋值运算符通常返回一个指向其左侧运算对象的引用。

4.析构函数

类的析构函数（destructor）用来释放类对象使用的资源并销毁类对象的非static数据成员，无论何时只要一个对象被销毁，就会自动执行析构函数。

class Foo { 
public: 
  ~Foo(); // 析构函数 
  // ... 
}; 

析构函数的名字由波浪号（~）加类名构成，也没有返回类型。由于析构函数不接受参数，因此它不能被重载。析构函数有一个函数体和一个析构部分，销毁一个对象时，首先执行析构函数体，然后按初始化顺序的逆序销毁成员。

三、运算符的重载

重载的运算符是具有特殊名字的函数：它们的名字由关键字operator和其后要定义的运算符号共同组成。和其他函数一样，重载的运算符也包含返回类型、参数列表、函数体，比如拷贝赋值运算符。