将可变大小数组声明为类/模板类成员变量

Question

我正在尝试用 C++ 编写一个包含二维数组成员变量的类。这个类的重点是使用这个数组来表示一个模拟的物理模型，我打算把我想在数组上执行的各种动作写成成员函数。

我的问题是尝试在不进行硬编码的情况下初始化类中的数组-理想情况下，我想编写整个程序，以便用户可以在运行时输入数组的维度，这可以然后在类的重载构造函数中使用。即这样的事情：

class Lattice{
public:
    //Overload constructor
    Lattice(int);
private:
    //variables:
    int DimensionSize;
    int lattice[DimensionSize][DimensionSize];
}

Lattice::Lattice(int N){
    DimensionSize = N;
    lattice = new int[DimensionSize][DimensionSize];
}

我可以看到上面的代码显然不起作用，因为变量“DimensionSize”在运行时未指定，这意味着二维数组“lattice”所需的内存量是未知的。

我一直在这个论坛上寻找答案，但似乎没有任何对我的问题有直接帮助的东西，而且已经提出的任何其他问题似乎都很老了。如果有人能指出我的解决方案，或者让我知道我想要的是否可能，我将不胜感激 - 我想知道使用向量而不是数组是否可能是一个解决方案？

更新：

我能够通过使用模板类产生我想要的行为：

template <int N>
class Lattice
{
public:
    //Constructor
    Lattice();
    ~ some other functions ~

private:
    float lattice[N][N];
};

template <int N>
Lattice<N>::Lattice() {
    double rando;
//    Initialise the array to a random state.
    for(int i = 0; i < N; i++) {
        for(int j = 0; j < N; j++){
            rando = (double)rand() / ((double)RAND_MAX + 1);
            if( rando <= 0.5 ){
                lattice[i][j] = -1.0;
            }
            else if( rando >= 0.5 ){
                lattice[i][j] = 1.0;
            }
        }
    }
}

我可以看到使用向量而不是数组是可能的，所以我现在的问题是使用上述模板是否有任何主要缺点？我可以看到类声明和定义现在必须包含在同一个头文件中，如该线程Why can templates only be implemented in the header file? 中所述，但除了这种不便之外，是否还有其他问题？

Answer 1

如 cmets 中所述，如果您想声明一个二维数组，然后使用 new 分配它，请像这样声明它：int** lattice。 另外，我建议将其声明为单个数组（或向量），以便所有元素在内存中都是连续的，然后使用 x、y 和 DimensionSize 计算元素位置：

class Lattice{
public:
    //Overload constructor
    Lattice(int);
    //access-method
    int getElement(int x, int y)
private:
    //variables:
    int DimensionSize;
    //simple pointer
    int* lattice;
}

Lattice::Lattice(int N){
    DimensionSize = N;
    lattice = new int[DimensionSize*DimensionSize];
}

int Lattice::getElement(int x, int y)
{
    \\calculate the element-position from x and y using DimensionSize
    return lattice[x + y*DimensionSize]; 
}

由于lattice 是私有成员，因此无论如何您都必须定义访问方法，并且将所有元素连续存储在内存中可以大大加快访问速度。

编辑：这是带有显式二维数组的代码：

class Lattice{
public:
    //Overload constructor
    Lattice(int);
    //access-method
    int getElement(int x, int y)
private:
    //variables:
    int DimensionSize;
    //simple pointer
    int** lattice;
}

Lattice::Lattice(int N){
    DimensionSize = N;
    lattice = new int[DimensionSize][DimensionSize];
}

int Lattice::getElement(int x, int y)
{
    return lattice[x][y]; 
}