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C Academy · 课时

可复用的向量类型

封装大小和容量。

可复用的向量类型 是 CoddyKit 上的免费 C Academy 课时。 这是第 3 节课，共 4 节。 你可以在下方免费阅读本课时的完整内容 — 然后在浏览器中使用内置代码编辑器和全天候 AI 导师进行实践。 这是 C Academy 学习路径的一部分，你的进度在网页和 CoddyKit 应用中同步。 C Academy 课程共包含 4 节课。

从零散代码到一种类型

将指针、元素数量和容量作为三个独立变量传来传去，很容易出错。

让我们把它们组合到一个 struct 中：一种可复用的动态数组，通常称为向量。它将数据和相关管理信息封装在一起。

向量结构体

向量需要三个字段：指向数据的指针、已使用的元素数量（len），以及在调整大小前能够容纳的元素数量（cap）。

typedef struct {
    int    *data;
    size_t  len;
    size_t  cap;
} Vec;

初始化向量

空向量的数据指针为 NULL，长度和容量均为零。一个简短的初始化函数可以清楚地表达这一意图。

void vec_init(Vec *v) {
    v->data = NULL;
    v->len = 0;
    v->cap = 0;
}

压入操作

vec_push 会在末尾添加一个元素。如果向量已满，它会先将容量翻倍。

操作成功时返回 0，分配失败时返回 -1，这样调用方就可以做出相应处理。

int vec_push(Vec *v, int value) {
    if (v->len == v->cap) {
        size_t nc = v->cap ? v->cap * 2 : 4;
        int *tmp = realloc(v->data, nc * sizeof(*v->data));
        if (!tmp) return -1;
        v->data = tmp;
        v->cap = nc;
    }
    v->data[v->len++] = value;
    return 0;
}

读取元素

由于 len 记录了已使用的元素数量，您应从 0 遍历到 len - 1。容量可能更大，但这些槽位目前还不属于您的数据。

for (size_t i = 0; i < v->len; i++)
    printf("%d\n", v->data[i]);

释放向量

向量拥有自己的堆缓冲区，因此需要配套的清理函数。释放后请重置各字段，避免误用该结构体。

void vec_free(Vec *v) {
    free(v->data);
    v->data = NULL;
    v->len = v->cap = 0;
}

整合起来

这个完整的程序会创建一个向量，压入五个值，打印它们，然后将其干净地释放。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

typedef struct { int *data; size_t len, cap; } Vec;

int vec_push(Vec *v, int value) {
    if (v->len == v->cap) {
        size_t nc = v->cap ? v->cap * 2 : 4;
        int *tmp = realloc(v->data, nc * sizeof(*v->data));
        if (!tmp) return -1;
        v->data = tmp; v->cap = nc;
    }
    v->data[v->len++] = value;
    return 0;
}

int main(void) {
    Vec v = {0};
    for (int i = 0; i < 5; i++) vec_push(&v, i * 10);
    for (size_t i = 0; i < v.len; i++) printf("%d\n", v.data[i]);
    free(v.data);
    return 0;
}

使用 {0} 进行零初始化

写下 Vec v = {0}; 会将每个字段都设为零，其中也包括设为 NULL 的数据指针。

这是一个方便的简写，可以让向量无需调用显式的初始化函数就能用于 vec_push。

Vec v = {0};      /* data=NULL, len=0, cap=0 */
vec_push(&v, 42);

安全的 get 辅助函数

索引超出 len 是一个错误。一个小型访问器可以检查边界并报告错误，以少量速度换取安全性。

int vec_get(const Vec *v, size_t i, int *out) {
    if (i >= v->len) return -1;   /* out of range */
    *out = v->data[i];
    return 0;
}

为何要分别记录 len 和 cap

cap 表示已分配的内存容量；len 表示实际使用的容量。

保留多余容量意味着大多数压入操作都不需要调用 realloc。这种分离正是向量兼具速度和灵活性的原因。

泛化类型

这个向量存储的是 int。如果要存储其他类型，您可以更改元素类型，或者使用带有元素大小的 void *。

无论存储什么内容，整体模式——初始化、压入、释放——都保持不变。

typedef struct {
    double *data;
    size_t  len, cap;
} DVec;   /* same shape, different element type */

快速检查

请测试您对向量类型的理解。

回顾

向量将数据指针、len 和 cap 封装到一个 struct 中。

向量已满时，vec_push 会将容量翻倍；vec_free 会释放缓冲区并重置字段；{0} 则可以进行干净的初始化。这种可复用的模式优于操控零散变量。下一步：正确释放内存并避免泄漏。

常见问题解答

「可复用的向量类型」课时是免费的吗？

是的 — 「可复用的向量类型」的完整文本可在网页上免费阅读。要进行交互式练习（内置代码编辑器和全天候 AI 导师）并解锁 C Academy 课程的其余内容，请升级到 CoddyKit PRO。 C Academy 课程共包含 4 节课。

「可复用的向量类型」这节课中我会学到什么？

封装大小和容量。 你通过在浏览器中直接运行的动手代码来练习 C Academy，全天候 AI 导师会在你学习这节课的过程中回答你的问题。

学习 C Academy 需要有经验吗？

无需任何先前经验。CoddyKit 上的 C Academy 课程适合初学者到高级学习者，你可以从这里开始或从头开始，按照自己的节奏学习。 这是第 3 节课，共 4 节。

「可复用的向量类型」课时需要多长时间？

大多数 CoddyKit 课程大约需要 5–10 分钟。每节课都很精短且互动，所以你能稳步进步，并在网页和应用中从离开的地方继续。

我能在这节 C Academy 课中编写并运行代码吗？

能。每节 C Academy 课都包含内置代码编辑器，你可以在浏览器中直接编写并运行真实代码，并获得即时 AI 反馈 — 无需本地设置。

此课程中的所有课时

  1. 分配数组
  2. 使用 realloc 扩展
  3. 可复用的向量类型
  4. 释放内存并避免泄漏
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