题目介绍

本题为 CS 1998 的第 53 题，主要考察程序员在数据结构方面的知识和编程能力。该题目需要实现以下功能：

• 实现一个支持动态扩容、线程安全的数组数据结构
• 支持增删改查操作
• 能够返回数组的长度和当前容量
• 能够打印数组中的所有元素

解题思路

动态扩容

动态扩容通常是通过重新分配内存空间来实现的，我们可以在数组中设置一个容量变量，当需要添加元素时，如果当前元素个数大于容量时，就重新申请一块更大的内存，然后将原有的数据复制到新的内存空间中。

线程安全

线程安全是指多线程并发时程序仍然正常工作的能力。

对于数组的增删改查操作，都可能会引起数据的不一致，因此需要采取一些措施来保证线程安全：

• 使用锁来限制同时访问数组的线程数量
• 对于修改数组的操作，需要保证原子性，可以使用原子操作或者对锁进行细粒度的控制

增删改查

增加元素时，只需要在数组的末尾添加元素即可。

删除元素时，需要将要删除的元素之后的所有元素往前移动一位，然后更新数组的长度。

修改元素时，只需要通过下标访问元素，并进行修改即可。

查找元素时，可以采用顺序查找或者二分查找等方式进行。

返回数组的长度和当前容量

这个比较简单，只需要在数组中记录当前元素的个数和数组的容量即可。

打印数组中的所有元素

只需要遍历数组，按顺序输出其中的所有元素即可。

代码实现

下面是本题的代码实现，仅供参考：

# 动态数组（线程安全）

## 接口定义

```c++
template <typename T>
class DynamicArray {
public:
    // 构造函数
    DynamicArray(int capacity=4);

    // 析构函数
    ~DynamicArray();

    // 插入元素
    void Append(T data);

    // 删除元素
    void Delete(int index);

    // 修改元素
    void Update(int index, T data);

    // 查找元素
    int Find(T data);

    // 返回长度
    int Length();

    // 返回容量
    int Capacity();

    // 打印所有元素
    void PrintAll();

private:
    T* m_data;
    int m_length;
    int m_capacity;
    std::mutex m_mutex;
};

实现内容

template <typename T>
DynamicArray<T>::DynamicArray(int capacity) {
    m_data = new T[capacity];
    m_length = 0;
    m_capacity = capacity;
}

template <typename T>
DynamicArray<T>::~DynamicArray() {
    delete [] m_data;
}

template <typename T>
void DynamicArray<T>::Append(T data) {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(m_mutex);
    if (m_length >= m_capacity) {
        T* new_data = new T[m_capacity * 2];
        std::memcpy(new_data, m_data, m_length * sizeof(T));
        delete [] m_data;
        m_data = new_data;
        m_capacity = m_capacity * 2;
    }
    m_data[m_length] = data;
    m_length++;
}

template <typename T>
void DynamicArray<T>::Delete(int index) {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(m_mutex);
    if (index >= 0 && index < m_length) {
        for (int i = index + 1; i < m_length; i++) {
            m_data[i-1] = m_data[i];
        }
        m_length--;
    }
}

template <typename T>
void DynamicArray<T>::Update(int index, T data) {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(m_mutex);
    if (index >= 0 && index < m_length) {
        m_data[index] = data;
    }
}

template <typename T>
int DynamicArray<T>::Find(T data) {
    for (int i = 0; i < m_length; i++) {
        if (m_data[i] == data) {
            return i;
        }
    }
    return -1;
}

template <typename T>
int DynamicArray<T>::Length() {
    return m_length;
}

template <typename T>
int DynamicArray<T>::Capacity() {
    return m_capacity;
}

template <typename T>
void DynamicArray<T>::PrintAll() {
    for (int i = 0; i < m_length; i++) {
        std::cout << m_data[i] << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
}

注意事项

• 在进行修改、删除、查找操作时，需要先使用锁进行保护
• 对于增加元素时，需要判断当前数组的容量是否已满，如果已满需要重新分配内存
• 在使用完动态数组后，需要及时进行释放，防止内存泄漏