【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 部肯定會(huì)有一個(gè)指向向量結(jié)構(gòu)體的指針，那么這個(gè)指針該是什么屬性？ const or nonconst ，鬼知道。 這時(shí)候通過一個(gè)視圖類和大量的 const 屬性來使代碼正常工作是件非常困難的事，無法預(yù)料什么時(shí)候會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤，而且編碼時(shí)代碼混亂不堪，這不是我想要 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 8 的。 所以僅有兩個(gè)類是不夠的 ,事實(shí)上需要 5 個(gè)類來實(shí)現(xiàn)需求分析中的功能。 GneVector 一般矩 陣類， AlmostVector 類， ConstVectorView 常視圖類，VectorView 類和 Vector 向量類，它們之間的繼承關(guān)系如下： 圖 31 繼承關(guān)系圖 根據(jù)類的抽象設(shè)計(jì)原則，最底層的類應(yīng)該具有最通用的方法和數(shù)據(jù)，若需要使用未知的方法，可將此方法聲明為虛函數(shù)，留給派生類取定義。從上面的構(gòu)架圖中可知， GneVector 類為最底層 基類 , 應(yīng)該具有最通用的方法和數(shù)據(jù)。由于視圖類也是繼承于 GneVector，所以 GneVector 類不應(yīng)該包涵數(shù)據(jù)，但是要用到有些方法要用到向量元素，所以可以通過虛函 數(shù)來取得派生類的數(shù)據(jù)。 GneVector 接口 根據(jù)以上的分析就可以寫出 GneVector 類的接口 //基類 template typename T class GneVector { public: //constructor GneVector()； virtual ~GneVector()； 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9 //三個(gè)類都要重寫的方法 virtual const sliceamp。 getSlice() const = 0。 virtual const valarrayTamp。 constVal() const = 0。 //三個(gè)類公有的方法 size_t size() const { return getSlice().size() 。} size_t start() const { return getSlice().start() 。} size_t stride() const { return getSlice().stride() 。} size_t index(size_t i) const { return getSlice().start() + i*getSlice().stride() 。}。 .................... }。 以上代碼省略了很多函數(shù)和其具體實(shí)現(xiàn)，注意到所有的成員函數(shù)都是 const屬性函數(shù)，這是因?yàn)檫@些方法都是對(duì) Vector、 VectorView、和 ConstVectorView類進(jìn)行泛化得出的共有方法，至于其他的方法應(yīng)該根據(jù)特點(diǎn)歸入某個(gè)類，然后具體實(shí)現(xiàn)。 ConstVectorView 接口 由于 ConstVectorView 繼承于基類，有些方法已經(jīng)在基類中實(shí)現(xiàn)，所以該類本身比較簡(jiǎn)單，提供構(gòu)造函數(shù)，視圖函數(shù)，和元素存取功能即可。 template typename T class ConstVectorView : public GneVectorT //常視圖 { private: const valarrayT* pVectorData_。 slice viewSlice_。 public: //重寫基類的虛函數(shù) virtual const sliceamp。 getSlice() const。 virtual const valarrayTamp。 constVal() const 。 //以下兩個(gè)構(gòu)造函數(shù)是為了 //Vector ConstVectorView //VectorView ConstVectorView //ConstVectorView ConstVectorView ConstVectorView(const GneVectorT amp。 vec) 。 ConstVectorView(const GneVectorT amp。 vec, const sliceamp。 s)。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 10 ................. T operator [](size_t i) const { return cref(i) 。} T operator ()(size_t i) const { return cref(i) 。} }。 // end of class ConstVectorViewT AlmostVector 接口 AlmostVector 類的存在時(shí)為了對(duì) Vector 類和 VectorView 類解耦，也可以大幅度提高代碼的復(fù)用率。接口大 致如下： //VectorView and Vector should inherit this class template typename T class AlmostVector : public GneVectorT { public: AlmostVector()。 virtual ~AlmostVector()。 //override this function in VectorView and Vector virtual valarrayTamp。 val() = 0。 //VectorView and Vector 的共有函數(shù) //subVector ConstVectorViewT subVector(const slice amp。 s) const。 … }。 Vector 接口 由于前面的設(shè)計(jì)比較合理，現(xiàn)在對(duì) Vector 類編碼時(shí)非常簡(jiǎn)單，很多方法已經(jīng)通過兩個(gè)基類實(shí)現(xiàn)過了。但是注意 Vector 類包含向量元素 , 并且提供盡可能多的構(gòu)造函數(shù)，以便使用能使不同的數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)為 Vector 類型。接口大致如下： //向量類 template typename T class Vector : public AlmostVectorT { private: //保存向量元素 valarrayT vectorData_。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 11 slice slice_。 public: //重寫基類的虛函數(shù) virtual const sliceamp。 getSlice() const 。 virtual const valarrayTamp。 constVal() const。 //由 STL valarray 構(gòu)造 Vector(const valarrayTamp。 val) 。 Vector(const valarrayTamp。 val, const sliceamp。 s)。 ................................ Vector(const T * p, size_t n) 。 //以下兩個(gè)構(gòu)造函數(shù)是為了 //Vector Vector //VectorView Vector //ConstVectorView Vector Vector(const GneVectorT amp。 vec) 。 Vector(const GneVectorT amp。 vec, const slice amp。 s)。 … }。 VectorView 接口 template typename T class VectorView : public AlmostVectorT //可變視圖 { private: valarrayT* pVectorData_。 slice viewSlice_。 public: //重寫基類的虛函數(shù) virtual const sliceamp。 getSlice() const 。 virtual const valarrayTamp。 constVal() const。 //下面兩個(gè)構(gòu)造函數(shù)是為了 //Vector MatrixView //VectorView VectorView VectorView(AlmostVectorT amp。 vec) 。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 12 .................... virtual valarrayTamp。 val() 。 …… . }。 補(bǔ)充說明 上面接口中使用到的 slice 類型是 C++標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中 valarray 類的組成部分，大致結(jié)構(gòu)如下 : class slice { public: ................... protected: size_t _Start, _Len, _Stride。 }。 可以看到 slice 類主要保存三個(gè)數(shù)據(jù)，即 1． 向量的第一個(gè)元素的下標(biāo)， _Start 2． 向量的長(zhǎng)度， _Len 3． 步長(zhǎng)，即每個(gè)元素之間 的間隔， _Stride 這種類型可以完全使用到我們的視圖類中，這也是為什么選擇 valarray 模板作為內(nèi)置向量類型的原因之一。 上面對(duì)接口的陳述中沒有提到 Vector 類型的輸入和輸出，這里作已簡(jiǎn)要說明。由于輸出只需要對(duì)對(duì)象具有只讀權(quán)限即可，而輸入則要求對(duì)對(duì)象的讀寫權(quán)限。 所以輸出可以放到 GneVector 底層基類中，作為所有派生類的共有函數(shù)。而輸入則需放到 AlmostVector 類中，作為 Vector 和 VectorView 類的共有函數(shù)。決定某個(gè)函數(shù)放在基類還是派生類需要很周全的考慮，基類和派生類可以比作一個(gè) 杠桿，不能一頭很重，一頭很輕，代碼失衡會(huì)導(dǎo)致后期的編碼和維護(hù)非常困難。 輸入輸出函數(shù)的聲明如下： friend std::ostreamamp。 operator ( std::ostream amp。os, const GneVectorT amp。avec)。 friend std::istreamamp。 operator ( std::istream amp。is, AlmostVectorT amp。avec)。 最后介紹本類初始化時(shí)的一個(gè)特點(diǎn)。 初始化一個(gè)向量對(duì)象有很多種方法，最直接的方法是給每一個(gè)元素賦值，如下： for(size_t i=0。 iN。 ++i) { 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 13 v[i] = /* whatever */ } 但是這樣很不方便，尤其是當(dāng)我們想給 v 賦一系列不同的值時(shí)，在 for 循環(huán)中是比較麻煩的。當(dāng)然也可以用下面這種方式實(shí)現(xiàn)： double var[5] = { , , , 1, }。 Vectordouble v(var, 5)。 但這種方法的不便之處是使用了局部變量。依我來看，最理想的 方法是把初始化列表放到構(gòu)造函數(shù)中，如下： Vectordouble v({ , , , 1, }, 5)。 // Error – invalid 不幸的是這不符合 C++的語(yǔ)法規(guī)則，變通一下，使用如下方式： Vectordouble v((double[]) { , , , 1, }, 5)。 // Usually OK 這種方法通常是不會(huì)錯(cuò)的，但是也有可能有些編譯器會(huì)報(bào)錯(cuò)，我也不知道這算不算標(biāo)準(zhǔn) C++語(yǔ)法，因?yàn)闆]有一本 C++書 (我讀過的 )講到過這種初始化方式。 為了解決這個(gè)問題，我使用了 操作符，把我的類對(duì)象當(dāng)做標(biāo)準(zhǔn)輸出。從而可以使用如下方式進(jìn)行初始化： Vectordouble v(5)。 v , , , 1, 。 //或者 v 1 。 輸入數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)必須和對(duì)象的大小一致，否則會(huì)觸發(fā)庫(kù)中的出錯(cuò)處理函數(shù)。上面的方式的優(yōu)點(diǎn)是，初始化列表里的數(shù)據(jù)不限制為常量。通常來說，初始化列表必須是在編譯時(shí)可確定的，但用上面的方式，初始化列表里的 元素可以使變量，甚至是一個(gè)函數(shù)的返回值，只要能轉(zhuǎn)換為 Vector模板對(duì)應(yīng)的實(shí)例化類型就可以了。當(dāng)然 v也可以在其他任何時(shí)候重新使用此方法賦值。 另外，由于使用標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的 valarray模板，所以在所有這些類的實(shí)現(xiàn)中，甚至沒有主動(dòng)使用 C++標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)存分配和刪除操作符 new， delete，一個(gè)也沒有出現(xiàn)。 最后， GneVector類和 AlomostVector類都含有純虛函數(shù)，所以無法實(shí)例化，這正是我想要的，給用戶使用的類是 Vector、 VectorView和 ConstVectorView三個(gè)類。 矩陣 GSL 提供的矩陣類型使用起來非常麻煩，由于是對(duì) c 語(yǔ)言中的數(shù)組進(jìn)行包裝，所以用戶時(shí)刻都要注意內(nèi)存的變化，花費(fèi)大量精力減少內(nèi)存泄露 ,并且每種數(shù)據(jù)類型都有不同的函數(shù)版本，且不支持用戶自定義類型，所以我決定使用 GSL的算法，重寫構(gòu)架矩陣類，并且給出 C++的接口，支持多種類型，包括未知的用戶自定義類型，盡量減少用戶對(duì)程序本身的維護(hù)工作量，使用戶能專注于算