用std::vector创建矩阵类，如何在构造函数中设置std::vector的大小？

Question

我正在创建一个名为“matrix”的类，其类成员为std::vector<std::vector<T>>，在类构造函数中设置其大小的最佳优化方法是什么？我在m 行的构造函数中使用matrix_.resize(m)，然后使用for 循环设置其行值（矩阵m x n）。我的问题是：

1. 使用 .resize() 是一种好方法吗？听说效率不高，但我想不出别的了

2. 例如，当我使用std::vector<std::vector<T>> = matrix_; 并且我使用matrix_.resize(m) 时，matrix_ 现在将为“m”std::vector<T> 对象提供“m”个空格，但是如果它，matrix_ 将如何管理内存不知道其对象的大小（std::vector<T>）？如果每个对象的大小（1000）或更大怎么办？

#include <iostream>
#include <vector>

// Matrix of shape m x n, 'm' lines and 'n' columns
template <typename T>
class matrix {
private:
    typedef T value_type;
    typedef std::vector<value_type> row;
    std::vector<row> matrix_;
    
public:
    // Default constructor, initializes a matrix of size 1x1, with element 0.
    matrix() {
        matrix_.resize(1);
        row temp = {0};
        matrix_[0] = temp;
    };
    matrix(size_t m, size_t n) {
        matrix_.resize(m);
        // Appends 'm' rows to the matrix_
        for (size_t i = 0; i < m; i++) {
            row temp(n);    // Creates a row of 'n' columns
            matrix_[i] = temp;
        }
    }
    value_type& at (size_t m, size_t n) {
        return matrix_[m][n];
    }
};

int main() {
    matrix<double> first(2, 2);
    first.at(0, 0) = 3.3;
    first.at(0, 1) = 5.2;
    first.at(1, 0) = 8.9;
    first.at(1, 1) = 1.4;

    return 0;
}

Answer 1

最好的方法是不这样做。向量的向量是个坏主意，尤其是在小尺寸时，因为您希望内存是连续的。

template <typename T>
class matrix {
public:
  typedef T value_type; // expose this
private:
  std::size_t m_size = 0;
  std::size_t n_size = 0
  std::vector<T> data;
public:
  // Default constructor, initializes a matrix of size 0
  matrix():matrix(0,0) {};
  // square matrix
  explicit matrix(std::size_t n):matrix(n,n) {};
  matrix(std::size_t m, std::size_t n):
    m_size(m), n_size(n),
    data(m*n, 0)
  {}
  value_type& operator()(size_t m, size_t n) {
    return data[m*n_size + n];
  }
  value_type const& operator()(size_t m, size_t n) const {
    return data[m*n_size + n];
  }
};

添加array_view或span：

template<class It>
struct range {
  It b, e;
  It begin()const{return b;}
  It end()const{return e;}
  std::size_t size()const{ return end()-begin(); }
  bool empty()const{ return begin()==end(); }
};
template<class T>
struct array_view:range<T*> {
  T& operator[](std::size_t i)const{
    return this->begin()[i];
  }
  array_view(T* start, T* finish):range<T*>{ start, finish }{}
  array_view():array_view(nullptr, nullptr){}
  array_view(T* start, std::size_t length):array_view( start, start+length ) {}
};

我们可以添加

   array_view<T> operator[](std::size_t m) {
     return {std::addressof(data[m*n_size]), n_size};
   }
   array_view<T const> operator[](std::size_t m) const {
     return {std::addressof(data[m*n_size]), n_size};
   }

你现在得到了高效的matrix[a][b] 语法。 （addressof 只是我偏执）。