动态数组（Array）
Array
- 存储具有一对一逻辑关系数据的存储顺序结构。
- 数组最大的优点：快速查询，最好应用于索引有语义的情况。
插入元素
template<typename T>
bool Array<T>::add(const int index, const T& e)
{
if (index<0 || index>size)return false; //判断索引是否正确
if (size == capacity)resize(1.5 * capacity); //判断空间是否足够，不够扩容为当前的2倍
for (int i = size - 1; i >= index; --i) //从后向前循环
{
data[i + 1] = data[i]; //全部元素向后移一位
}
data[index] = e; //插入元素
++size; //数组元素的个数+1
return true;
}
扩容与缩减
template<typename T>
void Array<T>::resize(const int newcapacity)
{
T* newdata = new T[newcapacity]; //创建新的传入大小数组空间
for (int i = 0; i < size; ++i) //把原本的数组元素放入新的数组空间
{
newdata[i] = data[i];
}
delete[] data; //释放原数组的空间
data = newdata; //把原本的数组指向新的数组
newData = nullptr;
capacity = newcapacity; //新的空间大小给原本的空间大小
}
删除元素
template<typename T>
T Array<T>::remove(const int index)
{
if (index<0 || index>size)return -1; //判断索引是否正确
T ret = data[index]; //保存临时元素
for (int i = index + 1; i < size; ++i)
{
data[i - 1] = data[i]; //从要插入的元素后一位所有元素向前移一位
}
--size; //元素个数-1
if (size == capacity / 4 && capacity / 2 != 0) //判断元素个数是否为数组容量的1/4并且数组空间不为0
{
resize(capacity / 2); //调用resize传入当前容量的一半
}
return ret; //返回被删除的元素
}
时间复杂度
均摊复杂度
9次addLast操作，触发resize，总共进行了17次基本操作，平均每次addLast操作，进行2次基本操作。
假设capacity = n，n+1次addLast，触发resize，总共进行2n+1次基本操作，平均每次addLast操作进行2次基本操作。
这样均摊计算时间复杂度是O(1)，同理removeLast操作，均摊复杂度也为O(1)。
代码清单
Array.h
#pragma once
#include<iostream>
template<typename T>
class Array
{
public:
//无参构造
Array() :size(0), capacity(10)
{
data = new T[10]; //默认初始化10个空间
}
//有参构造
Array(int capacity) :size(0), capacity(capacity)
{
data = new T[capacity];
}
//返回元素个数
int getSize()const;
//返回数组容量
int getCapacity()const;
//返回第一个元素
T getFirst();
//返回最后一个元素
T getLast();
//判断是否为空
bool isEmpty()const;
//插入元素
bool add(const int index, const T& e);
//头插
bool addFirst(const T& e);
//尾插
bool addLast(const T& e);
//查找数组中是否存在该元素
bool contains(const T& e)const;
//查找数组中元素的索引，不存在返回-1
int find(const T& e)const;
//删除索引元素，返回删除元素
T remove(const int index);
//删除头，返回头
T removeFirst();
//删除尾，返回尾
T removeLast();
//设置索引值
bool set(const int index, const T& e);
//获取索引值
T get(const int index)const;
//打印元素
void print()const;
//释放空间
~Array();
public:
void swap(const int i, const int j) {
if (i < 0 || i >= size || j < 0 || j >= size) {
throw Range();
}
T t = data[i];
data[i] = data[j];
data[j] = t;
}
Array(T arr[], const int n) : size(n), capacity(n) {
data = new T[n];
for (int i = 0; i < n; ++i) {
data[i] = arr[i];
}
}
private:
void resize(const int newcapacity); //重新分配空间
T* data;
int size; //数组大小
int capacity; //数组容量
};
template<typename T>
int Array<T>::getSize() const
{
return size; //返回数组长度
}
template<typename T>
int Array<T>::getCapacity() const
{
return capacity; //返回数组容量
}
template<typename T>
inline T Array<T>::getFirst()
{
return get(0);
}
template<typename T>
inline T Array<T>::getLast()
{
return get(size - 1);
}
template<typename T>
bool Array<T>::isEmpty() const
{
return size == 0; //判断是否为空，
}
template<typename T>
bool Array<T>::add(const int index, const T& e)
{
if (index<0 || index>size)return false; //判断索引是否正确
if (size == capacity)resize(2 * capacity); //判断空间是否足够，不够扩容为当前的2倍
for (int i = size - 1; i >= index; --i) //从后向前循环
{
data[i + 1] = data[i]; //全部元素向后移一位
}
data[index] = e; //插入元素
++size; //数组元素的个数+1
return true;
}
template<typename T>
bool Array<T>::addFirst(const T& e)
{
return add(0, e); //调用add从0号索引元素插入
}
template<typename T>
bool Array<T>::addLast(const T& e)
{
return add(size, e); //调用add从size号索引元素插入
}
template<typename T>
bool Array<T>::contains(const T& e) const
{
for (int i = 0; i < size; ++i) //遍历是否有查找的元素
{
if (data[i] == e)return true;
}
return false;
}
template<typename T>
int Array<T>::find(const T& e) const
{
for (int i = 0; i < size; ++i) //遍历是否有查找的元素，有返回索引，无返回-1
{
if (data[i] == e)return i;
}
return -1;
}
template<typename T>
T Array<T>::remove(const int index)
{
if (index<0 || index>size)return -1; //判断索引是否正确
T ret = data[index]; //保存临时元素
for (int i = index + 1; i < size; ++i)
{
data[i - 1] = data[i]; //从要插入的元素后一位所有元素向前移一位
}
--size; //元素个数-1
if (size == capacity / 4 && capacity / 2 != 0) //判断元素个数是否为数组容量的1/4并且数组空间不为0
{
resize(capacity / 2); //调用resize传入当前容量的一半
}
return ret; //返回被删除的元素
}
template<typename T>
T Array<T>::removeFirst()
{
return remove(0); //删除0号索引元素
}
template<typename T>
T Array<T>::removeLast()
{
return remove(size - 1); //删除size-1号索引元素
}
template<typename T>
bool Array<T>::set(const int index, const T& e)
{
if (index<0 || index>size)return false; //判断索引元素是否正确
data[index] = e; //设置索引的新元素
return true;
}
template<typename T>
T Array<T>::get(const int index) const
{
if (index<0 || index>size)return -1; //判断索引元素是否正确
return data[index]; //返回索引元素
}
template<typename T>
void Array<T>::print() const
{
std::cout << "Array:size = " << size << " Array:capacity = " << capacity << std::endl;
std::cout << "Array:data = " << "[";
for (int i = 0; i < size; ++i)
{
std::cout << data[i] << ",";
}
std::cout << "]" << std::endl;
}
template<typename T>
Array<T>::~Array()
{
delete[] data; //释放空间
data = nullptr;
}
template<typename T>
void Array<T>::resize(const int newcapacity)
{
T* newdata = new T[newcapacity]; //创建新的传入大小数组空间
for (int i = 0; i < size; ++i) //把原本的数组元素放入新的数组空间
{
newdata[i] = data[i];
}
delete[] data; //释放原数组的空间
data = newdata; //把原本的数组指向新的数组
newData = nullptr;
capacity = newcapacity; //新的空间大小给原本的空间大小
}
main.cpp
#include"Array.h"
using namespace std;
int main()
{
Array<int>* arr = new Array<int>(10);
for (int i = 0; i < 10; ++i)
{
arr->addLast(i);
}
arr->print();
cout << endl;
cout << "arr->add(1, 1)" << arr->add(1, 1) << endl;
arr->print();
cout << endl;
cout << "arr->addLast(0) " << arr->addLast(0) << endl;
arr->print();
cout << endl;
cout << "arr->addFirst(0)" << arr->addFirst(0) << endl;
arr->print();
cout << endl;
cout << "arr->contains(0)" << arr->contains(0) << endl;
arr->print();
cout << endl;
cout << "arr->find(0)" << arr->find(0) << endl;
arr->print();
cout << endl;
cout << "arr->get(1)" << arr->get(1) << endl;
arr->print();
cout << endl;
cout << "arr->set(0, 5)" << arr->set(0, 5) << endl;
arr->print();
cout << endl;
cout << "arr->getCapacity()" << arr->getCapacity() << endl;
arr->print();
cout << endl;
cout << "arr->getSize()" << arr->getSize() << endl;
arr->print();
cout << endl;
cout << "arr->isEmpty()" << arr->isEmpty() << endl;
arr->print();
cout << endl;
cout << "arr->remove(1)" << arr->remove(1) << endl;
arr->print();
cout << endl;
cout << "arr->removeFirst()" << arr->removeFirst() << endl;
arr->print();
cout << endl;
cout << "arr->removeLast()" << arr->removeLast() << endl;
arr->print();
cout << endl;
cout << "arr->getFirst" << arr->getFirst() << endl;
arr->print();
cout << endl;
cout << "arr->getLast" << arr->getLast() << endl;
arr->print();
delete arr;
return 0;
}
