由一维数组表示的N维数组实现(C++)

工作中，经常需要表示多维数组（如二维矩阵），常见的做法是使用T **pArr；

T **pArr = new T*[M];//创建二维数组[M][N]
for (int i=0;i<M;i++)
{pArr[i] = new T[N];
}

销毁内存：

for (int i=0;i<M;i++)
{delete[] pArr[i];
}
delete[] pArr;

若是三维数组，需要创建三次，T*** pArr；以此类推，操作繁琐。

为方便动态生成多维数组，本文使用一维数据表示多维数组，并基于C++模板和运算符重载，使用一维数组动态表示多维数组，支持数据切片，简化多维数组的处理和使用。

#ifndef MYNDARRAY_H_20170226
#define MYNDARRAY_H_20170226#include <assert.h>
#include <iostream>
using namespace std;//on dim array represent n-dim array
typedef unsigned int iNum;//使用unsigned int作为后续整数型数据类型

typedef struct stMyRange{//闭区间[start,end]iNum Start;//start 和end 从 0开始iNum End;//
    stMyRange(){Start = End = 0;}stMyRange(iNum start,iNum end){assert(start >= 0 && end >= start);Start = start;End = end;}
}stMyRange;typedef struct stMyRank{//rank代表一个数据维度iNum Rank;//数据维度的长度
    iNum Start;//数据维度开始位置，start from 0iNum End;//数据维度结束位置，start from 0stMyRank(){Rank = 0;//if dim == 0, this rank is not existStart = 0;//if start ==0 && end == Rank-1, reprsent the whole rank;End = 0;}void SetRank(iNum rank){assert(rank > 0);Rank = rank;Start = 0;End = Rank - 1;}void SetRange(stMyRange rang){assert(rang.Start >= 0 && rang.End >= rang.Start && rang.End < Rank);Start = rang.Start;End = rang.End;}
}stMyRank;
//目前设置最大数据维度为4，后续根据需要可扩展
#define MyMaxRank 4template<class T>
class MyNDArray{//C++模板使用，可表示多种类型的数据
protected:T* m_pData;//row based storage，行优先存储
    stMyRank m_Rank[MyMaxRank];//记录数据维度iNum m_iRankCap;//total rank capacity;数据维度个数bool m_isSlice;//if slice==true, it will reuse the m_pData of its parent;//是否是数据切片
public:MyNDArray(){m_pData = NULL;m_iRankCap = 0;m_isSlice = false;}MyNDArray(iNum rank1){m_Rank[0].SetRank(rank1);m_iRankCap = 1;m_isSlice = false;Init();}MyNDArray(iNum rank1,iNum rank2){m_Rank[0].SetRank(rank1);m_Rank[1].SetRank(rank2);m_iRankCap = 2;m_isSlice = false;Init();}MyNDArray(iNum rank1,iNum rank2,iNum rank3){m_Rank[0].SetRank(rank1);m_Rank[1].SetRank(rank2);m_Rank[2].SetRank(rank3);m_iRankCap = 3;m_isSlice = false;Init();}MyNDArray(iNum rank1,iNum rank2,iNum rank3,iNum rank4){m_Rank[0].SetRank(rank1);m_Rank[1].SetRank(rank2);m_Rank[2].SetRank(rank3);m_Rank[3].SetRank(rank4);m_iRankCap = 4;m_isSlice = false;Init();}//创建数据切片，新的ndarray共享partent的pData数据域MyNDArray(MyNDArray& parent,stMyRank rank1){m_Rank[0]=rank1;m_iRankCap = 1;m_isSlice = true;m_pData = parent.GetData();}MyNDArray(MyNDArray& parent,stMyRank rank1,stMyRank rank2){m_Rank[0]=rank1;m_Rank[1]=rank2;m_iRankCap = 2;m_isSlice = true;m_pData = parent.GetData();}MyNDArray(MyNDArray& parent,stMyRank rank1,stMyRank rank2,stMyRank rank3){m_Rank[0]=rank1;m_Rank[1]=rank2;m_Rank[2]=rank3;m_iRankCap = 3;m_isSlice = true;m_pData = parent.GetData();}MyNDArray(MyNDArray& parent,stMyRank rank1,stMyRank rank2,stMyRank rank3,stMyRank rank4){m_Rank[0]=rank1;m_Rank[1]=rank2;m_Rank[2]=rank3;m_Rank[3]=rank4;m_iRankCap = 4;m_isSlice = true;m_pData = parent.GetData();}~MyNDArray(){Clear();}void Clear(){if(!m_isSlice && m_pData != NULL){delete[] m_pData;m_pData = NULL;}}T* GetData(){return m_pData;}void SetData(T* pData){m_pData = pData;}iNum RankCap(){return m_iRankCap;}iNum RankSize(iNum rank){//start from 1，获取第i维的维度长度if(rank < 1) return 0;return m_Rank[rank-1].End - m_Rank[rank-1].Start + 1;}MyNDArray Slice(stMyRange rang1){//range start from 0，数据切片stMyRank rank1 = m_Rank[0];rank1.SetRange(rang1);MyNDArray res(*this,rank1);return res;}MyNDArray Slice(stMyRange rang1,stMyRange rang2){stMyRank rank1 = m_Rank[0];rank1.SetRange(rang1);stMyRank rank2 = m_Rank[1];rank2.SetRange(rang2);MyNDArray res(*this,rank1,rank2);return res;}MyNDArray Slice(stMyRange rang1,stMyRange rang2,stMyRange rang3){stMyRank rank1 = m_Rank[0];rank1.SetRange(rang1);stMyRank rank2 = m_Rank[1];rank2.SetRange(rang2);stMyRank rank3 = m_Rank[2];rank3.SetRange(rang3);MyNDArray res(*this,rank1,rank2,rank3);return res;}MyNDArray Slice(stMyRange rang1,stMyRange rang2,stMyRange rang3,stMyRange rang4){stMyRank rank1 = m_Rank[0];rank1.SetRange(rang1);stMyRank rank2 = m_Rank[1];rank2.SetRange(rang2);stMyRank rank3 = m_Rank[2];rank3.SetRange(rang3);stMyRank rank4 = m_Rank[3];rank4.SetRange(rang4);MyNDArray res(*this,rank1,rank2,rank3,rank4);return res;}//override operator()， 使用MyNDarray arr; arr(1,2,3,4)T& operator()(iNum r1=0,iNum r2=0,iNum r3=0,iNum r4=0){assert(m_pData != NULL);return m_pData[StoreIndex(r1,r2,r3,r4)];}const T& operator()(iNum r1=0,iNum r2=0,iNum r3=0,iNum r4=0) const{assert(m_pData != NULL);return m_pData[StoreIndex(r1,r2,r3,r4)];}
protected:iNum StoreIndex(iNum r1,iNum r2,iNum r3,iNum r4){//数据存储引擎，以行优先存储assert(m_iRankCap > 0);if(m_isSlice){r1 += m_Rank[0].Start;r2 += m_Rank[1].Start;r3 += m_Rank[2].Start;r4 += m_Rank[3].Start;}//判断数据是否在合法的范围内if(m_iRankCap >= 1) assert(r1 >= m_Rank[0].Start && r1 <= m_Rank[0].End);if(m_iRankCap >= 2) assert(r2 >= m_Rank[1].Start && r2 <= m_Rank[1].End);if(m_iRankCap >= 3) assert(r3 >= m_Rank[2].Start && r3 <= m_Rank[2].End);if(m_iRankCap >= 4) assert(r4 >= m_Rank[3].Start && r4 <= m_Rank[3].End);iNum index = 0;index = r1 + m_Rank[0].Rank * (r2 + m_Rank[1].Rank * (r3 + m_Rank[2].Rank * r4));//row based storagereturn index;}void Init(){//初始化内存iNum size = 1;    for (int i=0;i<m_iRankCap;i++){size *= m_Rank[i].Rank;}if(m_iRankCap > 0 && size > 0){m_pData = new T[size];}elsem_pData = NULL;}
};
//重载输入>>和输出<<，用于数据读取和写入
//override operator >>
template<class T>
istream& operator >> (istream& myin,MyNDArray<T>& arr){iNum r1,r2,r3,r4;r1 = arr.RankSize(1);r2 = arr.RankSize(2);r3 = arr.RankSize(3);r4 = arr.RankSize(4);iNum rankCap = arr.RankCap();if(rankCap < 2) r2 = 1; if(rankCap < 3) r3 = 1; if(rankCap < 4) r4 = 1;for (int i4=0;i4<r4;i4++){for (int i3=0;i3<r3;i3++){for (int i2=0;i2<r2;i2++){for (int i1=0;i1<r1;i1++){myin >> arr(i1,i2,i3,i4);//调用重载的operator()，读取数据}}}}return myin;
}//override operator <<
template<class T>
ostream& operator << (ostream& myout,MyNDArray<T>& arr){iNum r1,r2,r3,r4;r1 = arr.RankSize(1);r2 = arr.RankSize(2);r3 = arr.RankSize(3);r4 = arr.RankSize(4);iNum rankCap = arr.RankCap();if(rankCap < 2) r2 = 1; if(rankCap < 3) r3 = 1; if(rankCap < 4) r4 = 1;for (int i4=0;i4<r4;i4++){myout<<"rank4:"<<i4+1<<endl;for (int i3=0;i3<r3;i3++){myout<<"rank3:"<<i3+1<<endl;for (int i2=0;i2<r2;i2++){for (int i1=0;i1<r1;i1++){myout <<arr(i1,i2,i3,i4)<<"\t";}myout<<"\n";}}myout<<"\n";}return myout;
}
#endif

使用方法：

int main(int argc, char* argv[])
{MyNDArray<int> ndarr(3,3,2,2);ifstream fin("ndarr.txt",ios::in);fin>>ndarr;cout<<ndarr;stMyRange range1(1,2);stMyRange range2(1,2);stMyRange range3(1,1);stMyRange range4(1,1);MyNDArray<int> slice = ndarr.Slice(range1,range2,range3,range4);cout<<"slice:"<<endl<<slice<<endl;cin>>ndarr;return 0;
}

ndarr.txt内如如下：

上述测试程序的输出结果为：

35 36

38 39

满足数据切片要求。

参考资料：

C++运算符重载：http://www.cnblogs.com/lfsblack/archive/2012/10/01/2709476.html

python.ndarray简单使用

C++ prime中的模板章节

转载于:https://www.cnblogs.com/hikeepgoing/p/6444327.html

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