C++. Сборник рецептов - [159]

Пример 11.30. kmatrix.hpp

#ifndef KMATRIX_HPP
#define KMATRIX_HPP

#include "kvector.hpp"
#include "kstride_iter.hpp"

template
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 row_type;
 typedef kstride_iter col_type;
 typedef kstride_iter const_row_type;
 typedef kstride_iter 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 m;
};

#endif

В примере 11.31 приведена программа, демонстрирующая применение шаблонного класса kmatrix.

Пример 11.31. Применение kmatrix

#include "kmatrix.hpp"
#include

using namespace std;

template
void outputRowOrColumn(Iter_T iter, int n) {
 for (int i=0; i < n; ++i) {
  cout << iter[i] << " ";
 }
 cout << endl;
}

template
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
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 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 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.

Как и рассмотренный ранее шаблон статического вектора (kvector), шаблон kmatrix особенно эффективен при небольших размерах матрицы.

Смотри также

Рецепты 11.14 и 11.16.

11.16. Умножение матриц

Проблема

Требуется эффективно выполнить умножение двух матриц.

Решение

Пример 11.32 показывает, как можно выполнить умножение матриц, причем эта реализация подходит как для динамических, так и для статических матриц. Формально этот алгоритм реализует соотношение A=A+B*C, которое (возможно, неожиданно) вычисляется более эффективно, чем A=B*C.

Пример 11.32. Умножение матриц

#include "matrix.hpp" // рецепт 11.13
#include "kmatrix.hpp" // рецепт 11.14
#include
#include

using namespace std;

template