数据结构——线性结构（8）——动态数组与Vector

为什么要删除数组占用的内存？

我们先来看下面的一段代码：

const int INIT_CAPACITY = 1000000;class Demo {public:    Demo(); // constructor    string at(int i);private:    string *bigArray;};Demo::Demo(){    bigArray = new string[INIT_CAPACITY];    for (int i=0;i<INIT_CAPACITY;i++) {        bigArray[i] = "Lalalalalalalalala! ";    }}string Demo::at(int i){    return bigArray[i];}

我们现在来看看我们的构造函数，每次调用我们的构造函数，我们需要使用多少内存呢？
首先这是一个字符串数组，每个数组中有20个char字符，加上字符串的开销30B，所以应该这样计算：
100000 x （20+30）B = 50MB
假若我们执行下面的main函数：

int main(){    for (int i=0;i<10000;i++){        Demo demo; //我们这时候准备实例化10000个这样的对象        cout << i << ": "              << demo.at(1234)              << endl;    }    return 0;}

在执行40次或者40次以后，我们的内存占用将达到甚至超过2GB!!!而我们一般的电脑内存也不过比这大一点点而已。。。

动态数组

为了说明动态数组为什么那么有用或者说多必要，让我们回顾一下我们上个专栏学过的一个STL的容器：vector！C++抽象编程——STL（4）——vector类
我们可以看看这个vector有什么特点：
1. 它能储存int类型的数据（当然，作为容器它可以存放的任意类型的数据，我们只要在尖括号里包含对应的数据类型就好了）
2. 它有很多可用而且方便的函数，比如size，empty，insert。
3. 我们可以任意添加我们想要添加元素的个数（数组是一定要有固定长度的）
4. 它能自动回收内存。

寄居蟹原理（Hermit Crabs）

寄居蟹是个非常有趣的动物，它们生活在在海底发现的空的贝壳里，寄居蟹常常吃掉贝壳等软体动物，把人家的壳占为己有，这就是寄居蟹的名字的由来。这是他们的生活方式：
1. 自然生长，直达它自身的壳不足以容纳它自身
2. 寻找下一个更大的贝壳
3. 将它的所有东西搬到新的贝壳里
4. 将旧的贝壳丢弃在海底
5. 更新它们的居住地址
6. 更新它的容量

现在，我们来模拟这个过程，对数组空间已满进行处理。当我们的数组中耗尽空间时，我们要分配一个比我们旧数组大的新数组，这样我们可以存储新的数据并且数据还在不断增长。这些“可生长的数组”，我们采取五个步骤实现。在这之前我们要先确定，如果我们要扩展数组，我们需要多少新的内存？答案是，旧数组的两倍。这是最高效的做法
我们在C++算法学习——经典的抽象设计——buffer（3）中首次用到了expand函数：

void EditorBuffer::expandCapacity(){    char * oldArray = array;    capacity *= 2;    array = new char[capacity];    for(int i = 0; i < length; i++){        array[i] = oldArray[i]; //复制     }    delete[] oldArray; }

它反映了动态数组扩容的5步曲：
- 创建一个新的大小的数组（通常是旧数组大小的两倍）
- 将旧数组元素复制到新数组
- 删除旧数组（了解这里发生了什么的是关键！）
- 将旧数组指向旧数组的指针变量指向新数组（它是一个指针！）
- 更新数组的容量变量

追踪vector的扩容过程

这里还有问题，那就是我们什么时候需要扩容？（废话，当然是数组满了的时候） 那么怎么知道它什么时候满了呢？那就需要我们自己去追踪了。
假设我们的Vector的元素指针指向如下图的内存。 capacity= 5，count = 5（已满）。

要扩大容量，我们遵守我们的5步规则（黑体部分）：
1. 申请一个可容纳10个元素的内存空间。假设为int型
2. 这里有个问题，我们这个内存空间是可选的吗？如果是，那么我们当然是最好紧跟着旧数组这样：

但是，这是不可选的，因为你申请的是容量为10的空间，而且是未使用过的，而上图前五个，你是已经在使用了。
3. 所以我们的内存空间是系统给我们的。

4. 申请后用我们定义的数组指针指向我们的这段内存。那么就是这句代码：

int *newElements = new int[capacity*2];

5. 复制旧数组

for(int i = 0; i < count; i++){         newElement[i] = element[i];}

6. 删除原始的数组（意味着你不再能合法访问那段内存了）

delete []element;

7.改变指针指向

element = newElement;

下一篇，我们就来实现一下STL中的vector容器的基本操作！