11.15. Реализация статической матрицы
11.15. Реализация статической матрицы
Проблема
Требуется эффективно реализовать матрицу, когда ее размерность (т.е. количество строк и столбцов) постоянна и известна на этапе компиляции.
Решение
Когда размерность матрицы известна на этапе компиляции, компилятор может легко оптимизировать реализацию, в которой количество строк и столбцов задается в виде параметров шаблона, как показано в примере 11.30.
Пример 11.30. kmatrix.hpp
#ifndef KMATRIX_HPP
#define KMATRIX_HPP
#include "kvector.hpp"
#include "kstride_iter.hpp"
template<class Value_T, int Rows_N, int Cols_N>
class kmatrix {
public:
// открытые имена, вводимые typedef
typedef Value_T value_type;
typedef kmatrix self;
typedef Value_T* iterator;
typedef const Value_T* const_iterator;
typedef kstride_iter<Value_T*, 1> row_type;
typedef kstride_iter<Value_T*, Cols_N> col_type;
typedef kstride_iter<const Value_T*, 1> const_row_type;
typedef kstride_iter<const Value T*, Cols_N> const_col_type;
// открытые константы
static const int nRows = Rows_N;
static const int nCols = Cols_N;
// конструкторы
kmatrix() { m = Value_T(); }
kmatrix(const self& x) { m = x.m; }
explicit kmatrix(Value_T& x) { m = x.m; }
// открытые функции
static int rows() { return Rows_N; }
static int cols() { return Cols_N; }
row_type row(int n) { return row_type(begin() * (n * Cols_N)); }
col_type col(int n) { return col_type(begin() + n); }
const_row_type row(int n) const {
return const_row_type(begin() + (n * Cols_N));
}
const_col_type col(int n) const {
return const_col_type(begin() + n);
}
iterator begin() { return m.begin(); }
iterator end() { return m.begin() + size(); }
const_iterator begin() const { return m; }
const_iterator end() const { return m + size(); }
static int size() { return Rows_N * Cols_N; }
// операторы
row_type operator[](int n) { return row(n); }
const_row_type operator[](int n) const { return row(n); }
// операции присваивания
self& operator=(const self& x) { m = x.m; return *this; }
self& operator=(value_type x) { m = x; return *this; }
self& operator+=(const self& x) { m += x.m; return *this; }
self& operator-=(const self& x) { m -= x.m; return *this; }
self& operator+={value_type x) { m += x; return *this; }
self& operator-=(value_type x) { m -= x; return *this; }
self& operator*=(value_type x) { m *= x; return *this; }
self& operator/=(value_type x) { m /= x; return *this; }
self operator-() { return self(-m); }
// друзья
friend self operator+(self x, const self& у) { return x += y; }
friend self operator-(self x, const self& y) { return x -= y; }
friend self operator+(self x, value_type y) { return x += y; }
friend self operator-(self x, value type y) { return x -= y; }
friend self operator*(self x, value_type y) { return x *= y; }
friend self operator/(self x, value_type y) { return x /= y; }
friend bool operator==(const self& x, const self& y) { return x == y; }
friend bool operator!=(const self& x, const self& y) { return x.m != y.m; }
private:
kvector<Value_T, (Rows_N + 1) * Cols_N> m;
};
#endif
В примере 11.31 приведена программа, демонстрирующая применение шаблонного класса kmatrix.
Пример 11.31. Применение kmatrix
#include "kmatrix.hpp"
#include <iostream>
using namespace std;
template<class Iter_T>
void outputRowOrColumn(Iter_T iter, int n) {
for (int i=0; i < n; ++i) {
cout << iter[i] << " ";
}
cout << endl;
}
template<class Matrix_T>
void initializeMatrix(Matrix_T& m) {
int k = 0;
for (int i=0; i < m.rows(); ++i) {
for (int j=0; j < m.cols(); ++j) {
m[i][j] = k++;
}
}
}
template<class Matrix_T>
void outputMatrix(Matrix_T& m) {
for (int i=0; i < m.rows(); ++i) {
cout << "Row " << i << " = ";
outputRowOrColumn(m.row(i), m.cols());
}
for (int i=0; i < m.cols(); ++i) {
cout << "Column " << i << " = ";
outputRowOrColumn(m.col(i), m.rows());
}
}
int main() {
kmatrix<int, 2, 4> m;
initializeMatrix(m); m *= 2;
outputMatrix(m);
}
Программа примера 11.31 выдает следующий результат.
Row 0 = 0 2 4 6
Row 1 = 8 10 12 14
Column 0 = 0 8
Column 1 = 2 10
Column 2 = 4 12
Column 3 = 6 14
Обсуждение
Представленные в примерах 11.30 и 11.31 определение шаблона класса kmatrix и пример его использования очень напоминают шаблон класса matrix из рецепта 11.14. Единственным существенным отличием является то, что при объявлении экземпляра kmatrix приходится передавать размерности матрицы через параметры шаблона, например;
kmatrix<int 5, 6> m; // объявляет матрицу с пятью строками и шестью
// столбцами
В приложениях многих типов часто требуется, чтобы матрицы имели размерности, известные на этапе компиляции. Передача размера строк и столбцов через параметры шаблона позволяет компилятору легче применять такую оптимизацию, как развертка цикла, встраивание функций и ускорение индексации.
Смотри также
Рецепты 11.14 и 11.16.