C++ 和 operator[] 中的自定义向量和矩阵类答案

【问题标题】：A custom Vector and Matrix class in C++ and operator[]C++ 和 operator[] 中的自定义向量和矩阵类
【发布时间】：2011-08-24 16:16:37
【问题描述】：

我在 C++ 中有一个向量类，它依赖于原始指针。我不使用 std::vector 因为我需要为特殊情况从原始指针创建向量对象。这是我的课程非常简单的示例：

template <typename T>
class Vector
{ ...
  private:
    T * m_data; int m_size; bool dontFree; ...
  public:
    Vector(T *const ptr, int size) { m_data = ptr; m_size = size; dontFree = true; }
    Vector(int size, T val) {  ...  dontFree = false; }
    ~Vector(): {   if(!dontFree) delete [] m_data; }
    T& operator[](const size_type index);
};

同样，我有矩阵数据类型，它也将数据存储在原始指针中，并且可以使用向量来支持 [][]，因为它在 C++ 中是不允许的，例如：

template<typename T>
class Matrix
{
  private:
   T * m_data; ...

 public:
  ... 
  Vector<T>& operator[](const int rowIndex)
  {
     return Vector<T>(&m_data[rowSize * rowIndex], rowSize);
  }
}

我怎样才能有效地实现 operator[] 矩阵返回向量，以便我可以编写代码，如下所示：

Matrix<int> m(5,5);
m[1][1] = 10;
int temp = m[1][2];

请建议考虑复制构造函数等的开销。

【问题讨论】：

通过拷贝返回向量，而不是通过引用返回，无效。复制成本很低，甚至可以完全优化。
你能更好地解释为什么你不能使用std::vector吗？内存范围 [m_data, m_data + size] 是否已经分配？可能一个 c++1x 移动构造函数可以解决您的问题。
@Wiso：我认为这里的想法是创建矩阵的“切片视图”，它允许您将行和列视为一维向量。使用辅助类来做这件事很好，而且应该很高效，因为您不需要移动任何实际数据。
parashift.com/c++-faq-lite/operator-overloading.html#faq-13.10

标签： c++ stl vector

【解决方案1】：

创建一个重载 operator[] 的代理类，您可以授予对矩阵数组的访问权限。像这样的：

template<typename T>
class Proxy
{
public:
    Proxy(T * tp)
        :rowStart(tp)
    {}

    T & operator[](const int columnIndex)
    {
        return rowStart[columnIndex];
    }

private:
    T * rowStart;
};

然后您的 Matrix 类的 operator[] 可以返回其中之一，如下所示：

Proxy<T> operator[](const int rowIndex)
{
     return Proxy<T>(m_data + rowSize * rowIndex);
}

这当然不完整，但它应该可以帮助您入门。

【讨论】：

谢谢，但您能解释一下为什么使用 Vector 类而不是 Proxy 不好吗？
你原来的Vector<T>类充当作为代理，所以是类似的。出于其他原因，我会尽量避免它（好吧，实际上是Vector<T> 和任何其他代理）。特别是重用Vector<T> 有时管理资源，有时可能不会成为未来问题的根源（即类不变量因使用类的位置而异，这意味着它们不是真正的不变量)

【解决方案2】：

您应该按值返回向量以使您的代码正确。如果你的向量在复制构造函数中做了很多工作，你也可以编写一个小代理。

如果您将 operator[] 实现为内联方法（例如，不要将实现移至 cpp），那么好的编译器应该优化您的代码并消除不必要的复制。

但是如果你对性能很着迷，那么你可以从操作符返回一个原始指针：

... 
T* operator[](const int rowIndex)
{
  return m_data + rowSize * rowIndex;
}
...
int temp = m[1][2];

但这是一种危险的方法！

【讨论】：

【解决方案3】：

在实现多维矩阵时，建议不要重载operator[]，而是使用多维重载operator()。有几个原因你可以阅读C++ FAQ lite

template <typename T>
class Matrix {
public:
   typedef std::size_t size_type;
   typedef T & reference;
   typedef T const & const_reference;

   const_reference operator()( size_type x, size_type y ) const;
   reference operator()( size_type x, size_type y );
};

【讨论】：