C++/CLI学习入门数组

短命女 2022-09-18 14:52 233阅读 0赞

要学习数组，必须先了解跟踪句柄。

# 一、跟踪句柄 #

跟踪句柄类似于本地C++指针，但也有很大区别。跟踪句柄确实存储着某个对象的地址，但当CLR压缩堆过程中改变了该对象的地址，则垃圾回收器自动更新句柄所包含的地址。我们不能像本地指针那样用跟踪句柄来执行地址的算术运算，也不允许对跟踪句柄进行强制类型转换。

在CLR堆中创建的对象必须被跟踪句柄引用。所有属于引用类型的对象都存储在堆中，因此为引用这些对象所创建的变量都必须是跟踪句柄。例如，String类型是引用类型，因此引用String对象的变量必须是跟踪句柄。值类型默认分配在堆栈上，但也可以用gcnew操作符将其存储在堆上。此外必须注意，在堆上分配的变量——其中包括所有CLR引用类型——都不能在全局作用域内声明。

通过在类型名称后加”^”符号，用于声明一个该类型的句柄。下面的例子声明了一个String类型的跟踪句柄proverb。

String^ proverb;

在声明时句柄时，系统自动为其分配一个空值，该句柄不引用任何对象。也可显示地将某个句柄置为空值:

proverb = nullptr;

注意不能用0来表示空值。如果用0来初始化某个句柄，则0将自动转换为被引用类型的对象，而句柄则指向该对象。可以在声明句柄时显示的将其初始化：

String^ saying = L"I used to think I was indecisive but now I??¡ê¡èm not so sure.";

该语句首先在堆上创建一个包含等号右边字符串的String对象，然后将该对象的地址存入saying中。注意字符串字面值的类型为const wchar\_t\*而非String。类String提供了这样的方法使得const wchar\_t\*类型的字符串可以用来创建String类型的对象。

下面这条语句创建了值类型的句柄：

int^ value = 99;

该语句在堆上创建一个Int32型的值类型变量，然后将该变量的地址存入句柄value中。由于value是一种指针，因此不能直接参与算术运算，可使用\*运算符对地址求值（类似于本地C++指针那样）:

int result = 2*(*value)+15;

由于\*value表示value所指向地址存储的数值，因此result的值为2\*99+15=213。注意，当value作为运算式左值时，不需要\*即可对value指向的变量赋值。

int^ result = 0;
    result = 2*(*value)+15;

首先创建了一个指向数值0的句柄result。（该语句会触发一条编译器警告，提示不能利用0来将句柄初始化为空值。）

第2条语句=号右边为数值，而左边为句柄，编译器将自动将右值赋予句柄所指向的对象，即将其转换为如下语句

*result = 2*(*value)+15;

注意，要采用上面的语句，result句柄必须实际定义过。如果仅仅声明了result，则会产生运行时错误

int^ result;
    *result = 2*(*value)+15;

这是因为第二句要对地址result求值，即意味着result指向的对象已经存在，但实际并非如此，因为声明该对象时系统默认赋予其空值(nullptr)。在这种情况下，采用下面的方法就可以正常工作了

int^ result;
    result = 2*(*value)+15;

# 二、数组 #

## (一)数组句柄 ##

CLR数组是分配在可回收垃圾堆上的。必须用array<*typename*>指出要创建的数组，同其它CLR堆上的对象一样，需要用句柄来访问它，例子如下：

array<int>^ data;

数组句柄data可用于存储对元素类型为int的一维数组的引用。下面的例子声明了一个句柄，并新建一个CLR数组来对此句柄初始化。

array<int>^ data = gcnew array<int>(100);

和本地C++数组一样，CLR数组中元素的索引值也是从0开始的，可以通过\[ \]访问数组元素。数组元素都是CLR对象，在上面的例子中数组元素为Int32型对象，它们在算术表达式中就像普通的整数类型一样。

Length属性是数组的一个重要属性，记录着数组元素的数量。保存了64位的数组长度。

for(int i=0; i<data->Length; i++)
    	data[i] = 2*(i+1);

可以用for each循环遍历数组元素。

array<int>^ value = {3, 5, 6, 8, 6};
    for each(int item in value)
    {
    	item = 2*item + 1;
    	Console::WriteLine("{0, 5}", item);
    }

该循环输出5字符宽度的字段，以右对齐的方式输出当前元素的计算结果，输出如下：

7   11   13   17   13

数组句柄可以被重新赋值，只要保持数组元素类型和维数（等级）不变即可，在前面例子中的数组句柄data指向一个int类型的一维数组，可以重新给它赋值，使其指向另外的int类型1维数组：

data = gcnew array<int>(45);

数组可以在创建时通过元素列表初始化，下例在CLR堆上创建了一个double类型的数组，并将引用赋值给了数组句柄：

array<double>^ sample = {3.4, 2.3, 6.8, 1.2, 5.5, 4.9, 7.4, 1.6};

如果在声明数组句柄时不进行初始化，那么在给句柄赋值时不能采用上面的方法直接用元素列表用作右值，而必须采用显示创建的方式。即不能

array<double>^ sample;
    sample = {3.4, 2.3, 6.8, 1.2, 5.5, 4.9, 7.4, 1.6}

而必须采用如下方式

array<double>^ sample;
    sample = gcnew array<double>{3.4, 2.3, 6.8, 1.2, 5.5, 4.9, 7.4, 1.6}

对于字符串数组，注意每一个元素也是引用类型，这是因为每一个元素String也是在CLR堆上创建的，因此也要用String^来访问它。

array<String^>^ names = {"Jack", "John", "Joe", "Jessica", "Jim", "Joanna"};

可以用Array类静态函数Clear()对数组中的连续数组元素清零。

Array::Clear(samples, 0, samples->Length);

Clear()函数的第一个参数是被清零的数组，第二个参数是要清除地第一个元素的索引，第三个参数为要清除地元素数量。因此上述语句将samples数组的所有元素都置为0。如果Clear()清除的是某个跟踪句柄，则句柄所对应的元素都被应用Clear()函数。如果元素为bool型，则被置为false。

## (二)数组排序 ##

Array类还定义了一个Sort()静态函数，可用于对数组进行排序。如果以数组句柄作为参数，则对整个数组排序。如果要对数组部分排序，则还需要增加元素起始索引及数量，如下例

array<int>^ samples = {27, 3, 54, 11, 18, 2, 16};
    Array::Sort(samples, 2, 3);

排序后数组元素变为\{27, 3, **11, 18, 54**, 2, 16\}

Sort函数还有很多其它版本，下面的例子展示了如何排序两个相关的数组，即第一个数组中的元素是第二个数组对应元素的键。对第一个数组排序后，可对第二个数组进行相应的调整，使得键与值相互对应。

Sort()函数对2个数组排序时，用第一个数组参数来确定两个数组的顺序，以此保持2个数组元素对应关系不变。

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// Ex4_13.cpp : main project file.
    #include "stdafx.h"
    using namespace System;
    
    int main(array<System::String ^> ^args)
    {
    	array<String^>^ names = { "Jill", "Ted", "Mary", "Eve", "Bill", "Al" };
    	array<int>^ weights = {103, 168, 128, 115, 180, 176};
    
    	Array::Sort(names, weights);
    	for each( String^ name in names )
    		Console::Write(L"{0, 10}", name);
    	Console::WriteLine();
    	
    	for each(int weight in weights)
    		Console::Write(L"{0, 10}", weight);
    	Console::WriteLine();
    	
    	return 0;
    }

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输出为：

Al Bill Eve Jill Mary Ted 
    176 180 115 103 128 168

## (三)数组搜索 ##

Array类还提供了函数BinarySearch()以使用对分法搜索算法，对一维数组或给定范围内搜索特定元素的索引位置。使用该函数要求数组必须是顺序排列的，因此在搜索之前必须对数组进行排序。

array<int>^ value = { 23, 45, 68, 94, 123, 150, 203, 299 };
    int toBeFound = 127;
    int position = Array::BinarySearch(value, toBeFound);
    if(position<0)
            Console::WriteLine(L"{0} was not found.", toBeFound);
    else
            Console::WriteLine(L"{0} was found at index position {1}", toBeFound, position);

Array::BinarySearch()的第一个参数是被搜索数组的句柄，第二个参数是要查找的内容，返回值为int类型的数值。如果返回值小于0则说明未找到。如果要指定搜索范围，则需要传递4个参数，其中第2参数为搜索起始索引，第3参数为搜索的元素数量，第4个是要搜索的内容。下面的代码从第4个元素开始，一直搜索到结束位置。

array<int>^ value = { 23, 45, 68, 94, 123, 150, 203, 299 };
    int toBeFound = 127;
    int position = Array::BinarySearch(value, 3, 6, toBeFound);

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// Ex4_14.cpp : main project file.
    #include "stdafx.h"
    using namespace System;
    
    int main(array<System::String ^> ^args)
    {
    	array<String^>^ names = { "Jill", "Ted", "Mary", "Eve", "Bill", "Al", "Ned", "Zoe", "Dan", "Jean" };
    	array<int>^ weights = {103, 168, 128, 115, 180, 176, 209, 98, 190, 130};
    	array<String^>^ toBeFound = {"Bill", "Eve", "Al", "Fred"};
    	
    	int result = 0;
    	Array::Sort(names, weights);
    
    	for each( String^ name in toBeFound )
    	{
    		result = Array::BinarySearch(names, name);
    		if(result<0)
    			Console::WriteLine(L"{0} was not found.", name);
    		else
    			Console::WriteLine(L"{0} weights {1} lbs.", name, weights[result]);
    	}
    
    	return 0;
    }

\- - - - - - - - - - - - - - - - <<== 华丽的分割线 ::开始==>> \[Ex4\_14.cpp\] - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

当搜索不到目标时，Array::BinarySearch()函数输出的并非任意负数，而是第一个大于该目标的元素索引值的按位补码。利用该方法，可以不打乱顺序在数组中插入新值。如，我们希望插入”Fred”到names数组中

array<String^>^ names = { "Jill", "Ted", "Mary", "Eve", "Bill", "Al", "Ned", "Zoe", "Dan", "Jean" }
    Array::Sort(names);
    String^ name = L"Fred";
    int position = Array::BinarySearch(names, name);
    if(position<0)
    position = ~position;

此时，position保存的是大于Fred的第一个元素的位置，该数值可用于插入新值。

array<String^>^ newNames = gcnew array<String^>(names->Length+1);
    for(int i=0;i<position;i++)
    	newNames[i] = names[i];
    newNames[position] = name;
    
    if(position<name->Length)
    	for(int i=position; i<names->Length; i++)
    		newNames[i+1] = names[i];
    names = nullptr;

注意：最后一句用于删除names数组。

## (四)多维数组 ##

C++/CLI中可以创建多维数组，最大维数32维。与ISO/ANSI C++不同的是，C++/CLI中的多维数组并非数组的数组，而是真正的多维数组，创建整数多维数组方法如下：

array<int 2>^ value = gcnew array<int, 2>(4, 5);

上面的代码创建了一个二维数组，四行五列，共20个元素。访问的方法是利用多个用逗号分隔的索引值来访问每一个元素，而不能用一个索引值访问一行

int nrows = 4;
    int ncols = 5;
    array<int, 2>^ value = gcnew array<int, 2>(nrows, ncols);
    for(int i=0; i<nrows; i++)
        for(int j=0; j<ncols; j++)
            value[i, j] = (i+1)*(j+1);

上面的代码利用循环给二维数组value赋值。这里访问二维数组元素的符号与本地C++不同：后者实际上是数组的数组，而C++/CLI是真正的二维数组，不能用一个索引值来访问二维数组，那样是没有意义的。数组的维数被称为等级，上面value数组的等级为2。而本地C++数组的等级始终为1。当然，在C++/CLI中也可以定义数组的数组，方法见下例

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// Ex4_15.cpp : main project file.
    #include "stdafx.h"
    using namespace System;
    
    int main(array<System::String ^> ^args)
    {
    	const int SIZE = 12;
    	array<int, 2>^ products = gcnew array<int, 2>(SIZE, SIZE);
    	
    	for(int i=0; i<SIZE; i++)
    		for(int j=0; j<SIZE; j++)
    			products[i, j] = (i+1)*(j+1);
    	Console::WriteLine(L"Here is the {0} times table:", SIZE);
    
    	// Write horizontal divider line
    	for(int i=0; i<=SIZE; i++)
    		Console::Write(L"_____");
    	Console::WriteLine();
    
    	// Write top line of table
    	Console::Write(L"    |");
    	for(int i=1; i<=SIZE; i++)
    		Console::Write("{0, 3} |", i);
    	Console::WriteLine();
    
    	// Write horizontal divider line with verticals
    	for(int i=0; i<=SIZE; i++)
    		Console::Write("____|", i);
    	Console::WriteLine();
    
    	// Write remaining lines
    	for(int i=0; i<SIZE; i++)
    	{
    		Console::Write(L"{0, 3} |", i+1);
    		for(int j=0; j<SIZE; j++)
    			Console::Write("{0, 3} |", products[i, j]);
    		Console::WriteLine();
    	}
    
    	// Write horizontal divider line
    	for(int i=0; i<=SIZE; i++)
    		Console::Write("_____", i);
    	Console::WriteLine();
    	return 0;
    }

\- - - - - - - - - - - - - - - - <<== 华丽的分割线 ::结束==>> \[Ex4\_15.cpp\] - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

上面的例子创建了一个12x12的乘法表，输出如下：

Here is the 12 times table:
    _________________________________________________________________
        |  1 |  2 |  3 |  4 |  5 |  6 |  7 |  8 |  9 | 10 | 11 | 12 |
    ____|____|____|____|____|____|____|____|____|____|____|____|____|
      1 |  1 |  2 |  3 |  4 |  5 |  6 |  7 |  8 |  9 | 10 | 11 | 12 |
      2 |  2 |  4 |  6 |  8 | 10 | 12 | 14 | 16 | 18 | 20 | 22 | 24 |
      3 |  3 |  6 |  9 | 12 | 15 | 18 | 21 | 24 | 27 | 30 | 33 | 36 |
      4 |  4 |  8 | 12 | 16 | 20 | 24 | 28 | 32 | 36 | 40 | 44 | 48 |
      5 |  5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 | 50 | 55 | 60 |
      6 |  6 | 12 | 18 | 24 | 30 | 36 | 42 | 48 | 54 | 60 | 66 | 72 |
      7 |  7 | 14 | 21 | 28 | 35 | 42 | 49 | 56 | 63 | 70 | 77 | 84 |
      8 |  8 | 16 | 24 | 32 | 40 | 48 | 56 | 64 | 72 | 80 | 88 | 96 |
      9 |  9 | 18 | 27 | 36 | 45 | 54 | 63 | 72 | 81 | 90 | 99 |108 |
     10 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 |100 |110 |120 |
     11 | 11 | 22 | 33 | 44 | 55 | 66 | 77 | 88 | 99 |110 |121 |132 |
     12 | 12 | 24 | 36 | 48 | 60 | 72 | 84 | 96 |108 |120 |132 |144 |
    _________________________________________________________________

其中创建二维数组的代码如下：

const int SIZE = 12;
    array<int, 2>^ products = gcnew array<int, 2>(SIZE, SIZE);

第一行定义了一个整型常量SIZE，用于指定每一维数组的元素数量，第二行代码定义了一个等级2的数组，为12x12大小，该数组用于存储12x12的乘法表乘积。然后在嵌套循环中给数组赋值，大部分代码用于格式化输出以使其更加美观，这里就不再说明。

## (五)数组的数组 ##

如果数组的元素是引用数组的跟踪句柄，那么就可以创建数组的数组。同时，每一维数组的长度可以不同，即所谓的“锯齿形数组”。例如，用ABCDE来表示学生的成绩等级，根据等级分组存储班内学生的姓名，则可以创建一个包含5个元素的数组，每个元素为一个姓名数组（即字符串数组）

array<array<String ^>^>^ grades = gcnew array<array<String^>^>(5)

利用上面创建的数组，然后可以创建5个姓名数组了

grades[0] = gcnew array<String^>{"Louise", "Jack"};
    grades[1] = gcnew array<String^>{"Bill", "Mary", "Ben", "Joan"};
    grades[2] = gcnew array<String^>{"Jill", "Will", "Phil"};
    grades[3] = gcnew array<String^>{"Ned", "Fred", "Ted", "Jed", "Ed"};
    grades[4] = gcnew array<String^>{"Dan", "Ann"};

grades\[n\]访问grades数组的第n个元素，而各元素为指向String^类型数组的句柄，因此上面的语句用于创建了String对象句柄的数组，并将创建数组的地址赋值给了grades数组元素。同时，这些字符串数组的长度是不同的。

上面的语句也可以用一个初始化语句来实现

array<array<String^>^>^ grades = gcnew array<array<String^>^>
    {
        gcnew array<String^>{"Louise", "Jack"},
        gcnew array<String^>{"Bill", "Maray", "Ben", "Joan"},
        gcnew array<String^>{"Jill", "Will", "Phil"},
        gcnew array<String^>{"Ned", "Fred", "Ted", "Jed", "Ed"},
        gcnew array<String^>{"Dan", "Ann"},
    };

注意：元素的初值必须写在花括号里。

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// Ex4_16.cpp : main project file.
    #include "stdafx.h"
    using namespace System;
    
    int main(array<System::String ^> ^args)
    {
    	array<array<String^>^>^ grades = gcnew array<array<String^>^>
    		{
    			gcnew array<String^>{"Louise", "Jack"},
    			gcnew array<String^>{"Bill", "Maray", "Ben", "Joan"},
    			gcnew array<String^>{"Jill", "Will", "Phil"},
    			gcnew array<String^>{"Ned", "Fred", "Ted", "Jed", "Ed"},
    			gcnew array<String^>{"Dan", "Ann"}
    		};
    	
    	wchar_t gradeLetter = 'A';
    	for each(array<String^>^ grade in grades)
    	{
    		Console::WriteLine(L"Students with Grade {0}:", gradeLetter++);
    		for each(String^ student in grade)
    			Console::Write("{0, 12}", student);
    		Console::WriteLine();
    	}
    	return 0;
    }

\- - - - - - - - - - - - - - - - <<== 华丽的分割线 ::结束==>> \[Ex4\_16.cpp\] - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

输出为

Students with Grade A:
          Louise        Jack
    Students with Grade B:
            Bill       Maray         Ben        Joan
    Students with Grade C:
            Jill        Will        Phil
    Students with Grade D:
             Ned        Fred         Ted         Jed          Ed
    Students with Grade E:
             Dan         Ann