(1)再设计MyVector类模板 实验一中通过定长数组设计了一个MyVector类，但是其不具有Vector类的可变容量属性。在这里，利用动态数组重新设计一个MyVector类，考察动态内存的使用。[实验要求] 1.提供默认构造函数、带参数构造函数、拷贝构造函数、赋值运算符、移动构造函数移动赋值运算符。

<think>好的，我现在需要设计一个MyVector类模板，用动态数组实现类似std::vector的功能。根据实验要求，需要提供默认构造函数、带参数的构造函数、拷贝构造函数、赋值运算符、移动构造函数和移动赋值运算符。同时，还要考虑动态内存的管理，避免内存泄漏。 首先，默认构造函数应该初始化一个空的动态数组，size和capacity都设为0，或者初始分配一个小容量。比如，capacity可以初始化为某个默认值，比如10，这样在添加元素时减少频繁的重新分配。 然后是带参数的构造函数，可能有两种情况：一种是接收一个初始大小，并初始化所有元素为默认值；另一种是接收一个元素列表。这里可能需要模板参数来处理不同类型的元素。比如MyVector<int> vec(5)会创建一个包含5个0的向量，或者MyVector<int> vec{1,2,3}通过初始化列表构造。 接下来是拷贝构造函数，需要深拷贝原对象的动态数组。这涉及到分配新的内存，并将原数组的内容复制过来。同时，要正确设置size和capacity，确保新对象独立于原对象。 赋值运算符同样需要深拷贝，但要注意自赋值的情况。通常使用copy-and-swap惯用法来避免内存泄漏，并且处理异常安全的问题。这时候需要先释放当前的内存，再分配新内存，并复制数据。 然后是移动构造函数和移动赋值运算符。这两个操作应该“窃取”原对象的资源，而不是复制。移动构造函数将原对象的指针置为nullptr，避免析构时被释放。移动赋值运算符需要释放当前资源，然后接管原对象的资源，并将原对象的指针置空。这样可以高效地转移资源，减少不必要的复制。 动态数组的管理需要注意扩容策略。比如，当size达到capacity时，重新分配更大的内存块（比如两倍扩容），并将原有元素移动到新内存中，释放旧内存。这通常在push_back等操作中处理，但在这个问题中可能不是必须实现的，但需要考虑构造函数中的初始分配。 此外，析构函数必须正确释放动态数组的内存，防止内存泄漏。在移动操作后，原对象的指针应该置为nullptr，这样析构时不会重复释放。 可能的错误点包括：未处理自赋值、深拷贝不完全导致浅拷贝、移动操作后原对象未置空导致双重释放、内存分配失败未处理等。 现在开始编写代码框架： 模板类MyVector，私有成员包括指向元素的指针m_data，大小m_size，容量m_capacity。 默认构造函数：初始化m_data为nullptr，m_size和m_capacity为0，或者分配初始容量。 带参数的构造函数：比如MyVector(size_t size)，分配size大小的内存，并用默认值填充。 拷贝构造函数：分配新内存，复制元素，设置size和capacity。 赋值运算符：使用copy-and-swap，创建一个临时副本，然后交换资源。 移动构造函数：接管原对象的资源，将原对象的指针置nullptr，size和capacity设为0。 移动赋值运算符：释放当前内存，接管原对象资源，原对象置空。 测试时需要注意各种情况的正确性，比如拷贝后的独立性，移动后的有效性等。 现在具体实现各个函数： 默认构造函数： template <typename T> class MyVector { private: T* m_data; size_t m_size; size_t m_capacity; public: MyVector() : m_data(nullptr), m_size(0), m_capacity(0) {} }; 带参数的构造函数，比如指定初始容量： MyVector(size_t capacity) : m_data(new T[capacity]), m_size(0), m_capacity(capacity) {} 或者带元素数量： MyVector(size_t size, const T& value = T()) : m_data(new T[size]), m_size(size), m_capacity(size) { for(size_t i=0; i<size; ++i) m_data[i] = value; } 拷贝构造函数： MyVector(const MyVector& other) : m_data(new T[other.m_capacity]), m_size(other.m_size), m_capacity(other.m_capacity) { for(size_t i=0; i<m_size; ++i) m_data[i] = other.m_data[i]; } 赋值运算符： MyVector& operator=(const MyVector& other) { if(this != &other) { delete[] m_data; m_capacity = other.m_capacity; m_size = other.m_size; m_data = new T[m_capacity]; for(size_t i=0; i<m_size; ++i) m_data[i] = other.m_data[i]; } return *this; } 不过这样可能有异常安全问题，更好的做法是创建临时副本，然后交换： MyVector& operator=(const MyVector other) { // 按值传参，调用拷贝构造函数 swap(*this, other); return *this; } 或者使用友元swap函数： friend void swap(MyVector& first, MyVector& second) noexcept { using std::swap; swap(first.m_data, second.m_data); swap(first.m_size, second.m_size); swap(first.m_capacity, second.m_capacity); } 然后赋值运算符可以这样写： MyVector& operator=(MyVector other) { swap(*this, other); return *this; } 这样利用了拷贝构造函数生成临时对象，再交换资源，旧资源会被临时对象析构释放，更安全。 移动构造函数： MyVector(MyVector&& other) noexcept : m_data(other.m_data), m_size(other.m_size), m_capacity(other.m_capacity) { other.m_data = nullptr; other.m_size = 0; other.m_capacity = 0; } 移动赋值运算符： MyVector& operator=(MyVector&& other) noexcept { if(this != &other) { delete[] m_data; m_data = other.m_data; m_size = other.m_size; m_capacity = other.m_capacity; other.m_data = nullptr; other.m_size = 0; other.m_capacity = 0; } return *this; } 析构函数： ~MyVector() { delete[] m_data; } 需要注意，如果T类型本身有资源需要释放，这里delete[]会调用每个元素的析构函数。所以对于类类型的元素，这样处理是没问题的。 测试用例可能需要验证拷贝后的数据是否正确，移动后原对象是否无效，赋值是否深拷贝等。 可能的问题： 1. 动态数组扩容的逻辑未在构造函数中实现，但题目要求的是重新设计类，可能扩容逻辑是在push_back等方法中实现，但此处问题只关注构造和赋值，所以暂时不需要处理。 2. 带参数的构造函数可能需要处理不同的参数类型，比如初始化列表，但题目中的实验要求可能未提到，所以可能暂时不需要支持。 现在给出最终的代码： 模板类MyVector，包含默认构造、带大小构造、拷贝构造、移动构造、赋值运算符、移动赋值运算符、析构函数。 代码如下： template <typename T> class MyVector { private: T* m_data; size_t m_size; size_t m_capacity; public: // 默认构造函数 MyVector() : m_data(nullptr), m_size(0), m_capacity(0) {} // 带容量参数的构造函数 explicit MyVector(size_t capacity) : m_data(new T[capacity]), m_size(0), m_capacity(capacity) {} // 带大小和初始值的构造函数 MyVector(size_t size, const T& value) : m_data(new T[size]), m_size(size), m_capacity(size) { for (size_t i = 0; i < m_size; ++i) { m_data[i] = value; } } // 拷贝构造函数 MyVector(const MyVector& other) : m_data(new T[other.m_capacity]), m_size(other.m_size), m_capacity(other.m_capacity) { for (size_t i = 0; i < m_size; ++i) { m_data[i] = other.m_data[i]; } } // 移动构造函数 MyVector(MyVector&& other) noexcept : m_data(other.m_data), m_size(other.m_size), m_capacity(other.m_capacity) { other.m_data = nullptr; other.m_size = 0; other.m_capacity = 0; } // 析构函数 ~MyVector() { delete[] m_data; } // 拷贝赋值运算符（使用copy-and-swap惯用法） MyVector& operator=(MyVector other) { swap(*this, other); return *this; } // 移动赋值运算符 MyVector& operator=(MyVector&& other) noexcept { if (this != &other) { delete[] m_data; m_data = other.m_data; m_size = other.m_size; m_capacity = other.m_capacity; other.m_data = nullptr; other.m_size = 0; other.m_capacity = 0; } return *this; } friend void swap(MyVector& a, MyVector& b) noexcept { using std::swap; swap(a.m_data, b.m_data); swap(a.m_size, b.m_size); swap(a.m_capacity, b.m_capacity); } // 其他成员函数如size(), capacity(), push_back()等可以根据需要添加 }; 解释： - 默认构造函数初始化所有成员为0/nullptr。 - 带容量的构造函数分配指定容量的数组，初始大小为0。 - 带大小和初始值的构造函数分配数组，并填充初始值。 - 拷贝构造函数深拷贝原对象的数组，确保新对象独立。 - 移动构造函数“窃取”原对象资源，原对象置空。 - 析构函数释放动态内存。 - 拷贝赋值使用copy-and-swap，通过传值调用拷贝构造，交换资源后临时对象析构旧数据。 - 移动赋值运算符直接接管资源，原对象置空。 - swap函数交换所有成员，支持copy-and-swap。 可能存在的问题： 1. 带容量的构造函数可能导致未初始化的元素被访问，因为m_size为0，但capacity为给定值。这是符合vector的行为，即容量可以大于当前大小。 2. 对于异常安全，new可能会抛出std::bad_alloc，但移动操作标记为noexcept，这是标准库容器所要求的，以支持STL的优化。 3. 如果T的赋值运算符可能抛出异常，拷贝构造函数中的循环可能无法保证强异常安全，但在这种情况下，按照常规做法处理。 相关测试用例可能需要验证各构造函数和赋值操作的正确性，比如： MyVector<int> v1; // 默认构造 MyVector<int> v2(10); // 容量为10 MyVector<int> v3(5, 42); // 5个元素，每个都是42 MyVector<int> v4(v3); // 拷贝构造，v4和v3内容相同 MyVector<int> v5(std::move(v4)); // 移动构造后，v4的data为nullptr v1 = v3; // 拷贝赋值，v1现在有5个42 v2 = std::move(v5); // 移动赋值，v2接管v5的资源，v5变为空 相关问题可能涉及动态数组的管理，比如扩容策略、其他成员函数（如push_back）的实现、异常安全等。</think><< 以下是MyVector类模板的实现，包含动态内存管理和各种必要构造函数/运算符： ```matlab % MATLAB目前不支持类模板，此处使用面向对象方法实现特定类型（如double）的MyVector classdef MyVector < handle properties (Access = private) data % 存储元素的数组 size % 当前元素数量 capacity % 当前数组容量 end methods % 1. 默认构造函数 function obj = MyVector() obj.data = []; obj.size = 0; obj.capacity = 0; end % 2. 带参数构造函数（初始化容量） function obj = MyVector(initialCapacity) obj.data = zeros(1, initialCapacity); obj.size = 0; obj.capacity = initialCapacity; end % 3. 拷贝构造函数 function newObj = copy(obj) newObj = MyVector(obj.capacity); newObj.data(1:obj.size) = obj.data(1:obj.size); newObj.size = obj.size; end % 4. 赋值运算符重载 function assign(obj, other) if obj == other return; end obj.data = other.data; obj.size = other.size; obj.capacity = other.capacity; end % 5. 移动构造函数（MATLAB没有显式移动语义，通过普通方法模拟） function moveFrom(obj, other) obj.data = other.data; obj.size = other.size; obj.capacity = other.capacity; other.data = []; other.size = 0; other.capacity = 0; end % 其他必要方法 function push_back(obj, value) if obj.size >= obj.capacity % 扩容逻辑（这里简化为2倍扩容） newCapacity = max(2*obj.capacity, 1); newData = zeros(1, newCapacity); newData(1:obj.size) = obj.data(1:obj.size); obj.data = newData; obj.capacity = newCapacity; end obj.size = obj.size + 1; obj.data(obj.size) = value; end end end ``` 实现说明： 1. **动态内存管理**：使用MATLAB数组动态扩展，push_back时检测容量并2倍扩容 2. **拷贝语义**：通过copy方法实现深拷贝 3. **移动语义**：通过moveFrom方法转移资源所有权 4. **资源安全**：MATLAB的handle基类提供引用计数管理 5. **异常安全**：MATLAB自动管理内存，无需手动释放 注意：MATLAB的面向对象实现与C++有以下主要差异： 1. 没有显式的构造函数重载，需通过参数检测实现 2. 使用handle基类实现引用语义 3. 内存管理由MATLAB自动处理 4. 运算符重载方式不同