如何为 3D 矢量重载 ostream 运算符？

Question

如何重载三维向量的流提取操作符？

vector<vector<vector<int>>> V(5, vector<int>>(3, vector<int>(2)))

我想出了以下回应。为什么下面的代码不正确？

template <typename T>
ostream& operator<<(ostream &output, vector<T> &V) {
    for(int i = 0; i < V.size(); i++)
        for(int j = 0; j < V[i].size(); j++) 
            output << V[i][j] << " ";
    return output;
}

谢谢！

Answer 1

首先，一般性说明：通常不是一个好主意将 3D 向量表示为向量的向量在任何语言中。请不要传播此反模式。

存储多维向量的正确方法是将它们“展平”在一维向量中。使用行主要顺序的 2D 示例：

这是你的二维向量/数组：

00 01 02
10 11 12

您可以将其以行优先顺序存储为：

00 01 02 10 11 12

并相应地索引元素。 [i][j]-th 元素位于平面一维数组中的[i*colno +j]，其中colno 是列数。但是请注意，如果您需要“参差不齐的数组”，即最后一个维度包含大小不等的行，则需要进行更多思考。

其次，您应该使用适当的库来处理此类多维数组/向量。有很多，您可以查看例如the Eigen matrix library，它顺便提供了一个重载的<< 运算符用于简单的输出:-)。

第三，正如其他人已经指出的那样，您的代码仅在二维上进行迭代，并且没有正确传递“vector-of-vectors-of-vector”参数。也适用于未来：将对象作为 const 引用传递给不会修改这些对象的函数，例如您的示例中的 V。完成输出后返回 ostream 对象。

但总的来说，请不要冒犯：您需要参加优秀的编程课程。编程难，C++编程更难。一个人需要所有能得到的帮助。相信我，我知道我在说什么...... :-)

Answer 2

您的j 循环的限制条件不正确，您需要j < V[i].size()。

您说您的向量具有三个维度，但您只是在两个维度上循环。

目前尚不清楚您传递给流操作符的确切类型，但我认为它类似于std::vector<std::vector<std::vector<T>>>，并且由于您没有修改它，因此您应该通过 const 引用传递它。

我认为您正在寻找的是这样的：

template<typename T>
using Vector = std::vector<std::vector<std::vector<T>>>;

template <typename T>
std::ostream& operator<<(std::ostream& output, const Vector<T>& v) {
  for(size_t i = 0; i < v.size(); i++) {
    for(size_t j = 0; j < v[i].size(); j++) {
      for(size_t k = 0; k < v[i][j].size(); k++)
        output << v[i][j][k] << " ";
      output << "\n";
    }
    output << "\n";
  }
  return output;
}

或者在 C++11 中：

#include <algorithm>
#include <iterator>

template <typename T>
std::ostream& operator<<(std::ostream& output, const Vector<T>& v) {
  for(const auto& layer : v) {
    for(const auto& row : layer) {
      copy(row.begin(), row.end(), std::ostream_iterator<int>(output, " "));
      output << "\n";
    }
    output << "\n";
  }
  return output;
}

Answer 3

我花了一点时间才想出一个通用的解决方案，但这里是：

#include <iostream>
#include <vector>


template <typename T, typename _ = void>
struct is_vector : std::false_type
{
};

template <typename T>
struct is_vector< T, typename std::enable_if<std::is_same<T,std::vector< typename T::value_type,typename T::allocator_type >>::value
>::type>
: std::true_type
{
};

template<class T>
auto
emit(std::ostream& os, const T& t, size_t indent = 0)
-> std::enable_if_t<!is_vector<T>::value>
{
    os << std::string(indent, ' ') << t;
}

template<class T, class A>
auto
emit(std::ostream& os, const std::vector<T, A>& v, size_t indent = 0)
-> std::enable_if_t<!is_vector<T>::value>
{
    std::cout << std::string(indent, ' ') << "{ ";
    const char* sep = "";
    for (const auto& i : v) {
        os << sep;
        emit(os, i);
        sep = ", ";
    }
    os << " }";
}

template<class T, class A>
auto
emit(std::ostream&os, const std::vector<T, A>& v, size_t indent = 0)
-> std::enable_if_t<is_vector<T>::value, void>
{
    const auto prefix = std::string(indent, ' ');

    std::cout << prefix << "{\n";
    const char* sep = "";
    for (const auto& i : v) {
        os << sep;
        emit(os, i, indent + 2);
        sep = ",\n";
    }
    os << "\n" << prefix << "}";
}

template<class T, class A>
std::ostream& operator<<(std::ostream&os, const std::vector<T, A>& v)
{
    emit(os, v);
    return os;
}


using VI = std::vector<int>;
using VVI = std::vector<VI>;
using VVVI = std::vector<VVI>;

    using namespace std;

int main(int argc, char **argv)
{
    auto vi = VI { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 };
    cout << "\n1 dimension:\n";
    cout << vi << endl;

    auto vvi = VVI {
        {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 },
        {10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 },
    };
    cout << "\n2 dimensions:\n";
    cout << vvi << endl;

    auto vvvi = VVVI {
        {
            {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 },
            {10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 },
        },
        {
            {20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 },
            {30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39 },
        }
    };
    cout << "\n3 dimensions:\n";
    cout << vvvi << endl;
    return 0;
}

预期输出：

1 dimension:
{ 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 }

2 dimensions:
{
  { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 },
  { 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 }
}

3 dimensions:
{
  {
    { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 },
    { 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 }
  },
  {
    { 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 },
    { 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39 }
  }
}
Program ended with exit code: 0