【课程支撑】我的 C++程序设计课程教学材料
【摘要】设计数组类，要实现数组类中两个数组相加的运算，程序却陷入死循环。逐层排查，重载的加法正确，重载的赋值运算也看不出问题。跟踪到赋值运算的实现中发现，传递的参数中有异常，终于找出了嫌疑犯——编制的复制构造函数偷工减料。
【阅读提示】现在打开你熟悉的c++，跟随作者的的思路，重走发现嫌犯的过程。
题目是建立专门的数组类处理有关数组的操作，要完成支持数组操作的类的设计，增强C++内置数组类型功能。——见：第14周-任务1-数组类的构造
有同学向我求助，他的程序如下：
#include <iostream>
using namespace std;
class MyArray
{
private:
int *arr; //用于存放动态分配的数组内存首地址
int size; //数组大小
public:
MyArray(int sz=50);
MyArray(int a[],int sz); //由一个内置类型的数组初始化
MyArray(const MyArray &A); //拷贝构造函数
~MyArray(void); //析构函数，注意释放空间
MyArray&operator =(const MyArray &A); //重载“=”使得数组对象可以整体赋值
int& operator[](int i); //重载[]，使得Array对象也可以如C++普通数组一样，用a[i]形式取出值【选做】
bool operator == (MyArray& A); //重载==，使得Array对象能整体判断两个数组是否相等（size相等且对应元素相等）
MyArray operator + (MyArray& A); //重载+，使两个Array对象可以整体相加（前提大小相等）【选做】
friend ostream& operator << (ostream& out,MyArray& A); //重载<<，输出数组
int GetSize(void)const; //取数组大小；
void Resize(int sz); //修改数组的大小，如果sz大于数组的原大小，增加的元素初始为；sz小于数组的原大小，舍弃后面的元素【选做】
};
MyArray::MyArray(int sz)
{
size = sz;
arr = new int[size];
for( int i = 0; i < size; i++ )
{
*(arr + i) = 0;
}
}
MyArray::MyArray(int a[],int sz) //由一个内置类型的数组初始化
{
size = sz;
arr = new int[size];
for(int i = 0; i < size; i++)
{
*(arr + i) = *(a + i);
}
}
MyArray::MyArray(const MyArray &A) //拷贝构造函数
{
arr = new int[A.size];
for(int i = 0; i < A.size; i++)
{
*(arr + i) = *(A.arr + i);
}
}
MyArray::~MyArray(void) //析构函数，注意释放空间
{
delete[]arr;
}
MyArray& MyArray::operator =(const MyArray &A) //重载“=”使得数组对象可以整体赋值
{
int n = A.size;
if( size != n )
{
delete[]arr;
arr = new int[n];
size = n;
}
int* destptr=arr;
int* srcptr=A.arr;
while(n--)
{
*destptr=*srcptr;
destptr++;
srcptr++;
}
return *this;
}
int& MyArray::operator[](int i) //重载[]，使得Array对象也可以如C++普通数组一样，用a[i]形式取出值【选做】
{
return arr[i];
}
bool MyArray::operator == (MyArray& A) //重载==，使得Array对象能整体判断两个数组是否相等（size相等且对应元素相等）
{
bool m;
m = true;
if( A.size != size )
{
m = false;
}
else
{
for( int i = 0; i < size; i++ )
if( *(A.arr + i) != *(arr + i) )
{
m = false;
break;
}
}
return m;
}
MyArray MyArray::operator + (MyArray& A)
{
int n=A.size; //取A数组的大小
if (size!=n) //大小不一致不能相加
{
cout<<"not same size for add!"<<endl;
exit(1);
}
MyArray a(n); //指定size的数组
for (int i = 0; i < size; i++)
{
a[i]=arr[i]+A[i];
}
return a;//返回当前对象的引用
}
ostream& operator << (ostream& out,MyArray& A) //重载<<，输出数组
{
for( int i = 0; i < A.size; i++)
{
out << A[i] << " ";
}
out << endl;
return out;
}
int MyArray::GetSize(void)const //取数组大小；
{
return size;
}
void MyArray::Resize(int sz) //修改数组的大小，如果sz大于数组的原大小，增加的元素初始为；sz小于数组的原大小，舍弃后面的元素【选做】
{
int *m = new int(sz);
for( int i = 0; i < sz; i++)
{
*m = 0;
}
int n = ( sz <= size )?sz:size;
for(int j = 0; j < n; j++)
{
*(m + j) = *(arr + j);
}
delete[]arr;
arr = m;
}
int main()
{
int a[10]={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
int b[10]={4,5,6,7,8,9,10,11,12,13};
MyArray arr1(a,10);
MyArray arr2(b,10);
MyArray arr3(10);
cout<<arr3;
arr3 = arr1 +arr2;
cout<<arr3;
// arr3.Resize(20);
// cout<<arr3;
// arr3.Resize(5);
// cout<<arr3;
system("pause");
return 0;
}
运行程序，结果如下：
光标在第二行一闪一闪，就是不见下文。
此症状一般是陷入了死循环。经阅读程序，已经输出的多个0是160行cout<<arr3;的结果。162行同样的语句应该不会出现问题。焦点锁定在第161行：arr3=arr1+arr2。
arr3=arr1+arr2涉及到两个运算符的重载：+ 和 =。
认真地读一下这两个重载函数，比较明显的是第115行的a[i]=arr[i]+A[i];有些别扭。a和A是MyArray类的对象，而arr是当前对象的一个成员（我想起一条胳膊和一个人要加起来，哪能这样！）修改为a.arr[i]=arr[i]+A.arr[i];（相当于a.arr[i]=this->arr[i]+A.arr[i];这就是胳膊和胳膊加了）。这样，对加法结果正确有了把握。
再次运行，问题依旧。也看不出明显的线索。请来法宝，祭起查找Bug的照妖镜——调试工具来帮忙。
在161行上设置断点运行程序，用F11逐语句执行，进入MyArray::operator +() 函数，即对加法的重载直至结束，未见异常。作为返回值的临时对象a，其中的结果正确。a 的两个属性 size 及 arr 和 arr 为起始地址指向的值，也恰好是该求得值的结果。可以在117行也设置一个断点，观察直至此时 相加结果 a 的值。下面是执行到此处时，从局部变量窗口看到的结果（如果要看a.arr[1]及之后的值，可以用监视窗口）：
单步跟踪到MyArray::operator =()函数，即对赋值的重载。很意外地，函数进入到了第59行的 if 语句中。目前程序的运行，所用到的数组，其 size 均为10，应该这个 if 分支是执行不到的。而此时，局部变量的值却让人大吃一惊：MyArray::operator =()中形式参数 A 的 size 成员的值是一个负数！见下图：
此时该整理一下其中存在的问题了：
（1）问题出在执行arr3=arr1+arr2;上；
（2）计算arr1+arr2，写成函数调用形式是arr1.operator+(arr2)，函数调用时，返回的结果是正确的；
（3）接着计算赋值，MyArray::operator =(const MyArray &A) 的形式参数 A 对象，将获得 arr1+arr2 的结果，即实参是 arr1+arr2 的结果，更直观地，执行的是 arr3.operator=(arr1+arr2); ，计算结果本来是正确的，但实参传值给形参后，对象的 size 成员出错了。
在实参给形参传值时，采用的是复制的办法，对类（对象）而言，需要有一个复制构造函数支撑（这个学过）。复制构造函数可以是默认的。但是，如果类中有指针类型的成员时，必须自定义复制构造函数，从而能够处理指针所指向空间的分配和回收问题。
所以，嫌疑犯基本锁定：MyArray类的复制构造函数（也称拷贝构造函数）。看41行开始的拷贝构造函数MyArray::MyArray(const MyArray &A) 的定义，为this->arr成员分配了空间，并将形参对象中指向的数据一一进行复制，惟独没有做的，是为 this->size 赋值！我们需要在这个函数中，增加一行代码：size = A.size;。
至此，案情大白于天下，错误得以纠正，程序得以正确运行。
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