[C++学习实验1]CMatrix类设计与实现

一、头文件创建

1.头文件定义了CMatrix类、类內部属性、函数、以及各种调用方法

头文件定义格式如下，属于条件编译宏定义，可以根据条件选择性的只编译某段程序，也可以防止重复定义。

#ifndef CMATRIX_H
#define CMATRIX_H
//  具体的
//  头文件
//  正文内容#endif

二、有几类函数：

1.构造函数
①不带参数的构造函数；// CMatrix()；
②带行、列及数据指针等参数的构造函数,并且参数带默认值；//CMatrix(int nRow, int nCol, double *pData=NULL) ；
③带文件路径参数的构造函数；//CMatrix(const char * strPath)；
④ 拷贝构造函数 //CMatrix(const CMatrix& m)；
⑤此外会用列表初始化成员变量：CMatrix(): m_nRow(0), m_nCol(0), m_pData(NULL);
bool Create(int nRow, int nCol, double *pData=NULL): 先删除原有空间，根据传入行列创建空间，如果pData不为空要将pData的内容拷贝到m_pData中。

CMatrix的一个重载函数：当m_pData的空间不能容纳n_Row*n_Col时 m_pData=NULL

▲特点：
构造函数具有如下几个特点：

①名字与类名相同，可以有参数，但是不能有返回值（void也不行）；
②作用是对对象进行初始化工作，如给成员变量赋值等；
③如果定义类时没有写构造函数，系统会生成一个默认的无参构造函数，默认构造函数没有参数，不做任何工作；
④如果定义了构造函数，系统不再生成默认的无参构造函数；
⑤对象生成时构造函数自动调用，对象一旦生成，不能在其上再次执行构造函数
一个类可以有多个构造函数，为重载关系。

其中：构造函数CMatrix的初始化有两种方式：
①在给变量分配空间时就直接赋值即可，这种方法初始化效率较高
②在分配空间之后再给变量赋值
值得注意的是，初始化时，变量的顺序必须和定义时变量的顺序一致
▲用法：

CMatrix::CMatrix()
{m_nRow = 0;m_nCol = 0;m_pData = NULL;
}// 注意：传入参数的顺序和在类间定义时顺序一致
CMatrix::CMatrix():m_nRow(0), m_nCol(0), m_pData(0)
{// 初始化为NULL
}// 有参构造函数
CMatrix::CMatrix(int nRow, int nCol, double *pData):m_pData(0)
{Create(nRow,nCol,pData);    //调用创建对象的方法
}// 拷贝构造函数
CMatrix::CMatrix(const CMatrix& m):m_pData(0)
{*this = m;  // 因为这里的*this表示对象指针，赋值的是地址
}// 对str对象操作
CMatrix::CMatrix(const char * strPath)
{m_pData = 0;m_nRow = m_nCol = 0;ifstream cin(strPath);  // 文件操作cin >> *this;
}

2. 析构函数
①调用Release(); // ~CMatrix():
②将内存释放，并将行列设置为0；//Release():

▲特点：

①析构函数名应与类名相同，只是在函数名前面加一个位取反符,以区别于构造函数。
②它不能带任何参数，也没有返回值（包括void类型）。由于没有函数参数，因此它不能被重载，只能有一个析构函数。
③如果用户没有编写析构函数，编译系统会自动生成一个缺省的析构函数（即使自定义了析构函数，编译器也总是会为我们合成一个析构函数，并且如果自定义了析构函数，编译器在执行时会先调用自定义的析构函数再调用合成的析构函数），它也不进行任何操作。所以许多简单的类中没有用显示的析构函数。
④当对象的生命周期结束时，撤销类对象时候会自动调用析构函数。
⑤对象在生命期结束，撤销类对象时会自动调用析构函数。
⑥如果用new运算动态地建立一个对象，那用delete运算符释放该对象时，才会调用析构函数。

▲用法：

// 析构函数，用于释放
CMatrix::~CMatrix()
{Release();
}

3.运算符重载
①算术运算符重载：+, -, +=, -=
②关系运算符重载：>, <, ==
③下标操作符：[], ()
④强制类型转换: double
⑤赋值运算符：=，尤其注意当m1=m1特殊情况的处理

▲用法：

CMatrix& operator=(const CMatrix& m);
CMatrix& operator+=(const CMatrix& m);
double& operator[](int nIndex);
double& operator()(int nRow, int nCol);
bool operator ==(const CMatrix& m);
bool operator !=(const CMatrix& m);

△运算符重载

// "="重载
CMatrix& CMatrix::operator = (const CMatrix& m)
{if(this!=&m){Create(m.m_nRow, m.m_nCol, m.m_pData);}return *this;
}// "=="重载
bool CMatrix::operator == (const CMatrix& m)
{if(!(m_nRow == m.m_nRow && m_nCol == m.m_nCol)){return false;}for(int i = 0; i < m_nRow * m_nCol; i++){if(m_pData[i] != m.m_pData[i]){return false;}}return true;
}// "!="重载
bool CMatrix::operator != (const CMatrix& m){return !((*this)==m);
}// "+="重载
CMatrix& CMatrix::operator += (const CMatrix& m)
{assert(m_nRow == m.m_nRow && m_nCol == m.m_nCol);for(int i=0;i < m_nRow * m_nCol;i++){m_pData[i]+=m.m_pData[i];}return *this;
}// "+"重载
CMatrix operator + (const CMatrix& m1, const CMatrix& m2)
{CMatrix m3(m1);m3 += m2;return m3;
}// "-="重载
CMatrix& CMatrix::operator -= (const CMatrix& m)
{assert(m_nRow==m.m_nRow && m_nCol==m.m_nCol);for (int i=0;i<m_nRow*m_nCol;i++){m_pData[i]-=m.m_pData[i];}return *this;
}// "-"重载
CMatrix operator - (const CMatrix& m1, const CMatrix& m2)
{CMatrix m3(m1);m3 -= m2;return m3;
}

△操作符重载

// "[]"重载
double & CMatrix::operator[](int nIndex)
{//判定下标越界assert(nIndex<m_nRow*m_nCol);return m_pData[nIndex];
}// "()"重载
double & CMatrix::operator()(int nRow, int nCol)
{//判定下标越界assert(nRow * m_nCol + nCol < m_nRow * m_nCol);return m_pData[nRow * m_nCol + nCol];
}// ">>"重载
istream & operator>>(istream& is, CMatrix & m)
{is>>m.m_nRow>>m.m_nCol;// 初始化m.Create(m.m_nRow, m.m_nCol);// 逐行赋值for(int i=0;i<m.m_nRow*m.m_nCol;i++){is>>m.m_pData[i];}return is;
}// "<<"重载
ostream & operator<<(ostream& os, const CMatrix &m)
{os<<"size:["<<m.m_nRow<<","<<m.m_nCol<<']'<<endl;double * pData = m.m_pData;// 按行列顺序输出矩阵元素for(int i=0;i<m.m_nRow;i++){for(int j=0;j<m.m_nCol;j++){os<<*pData++<<" ";}os<<endl;}return os;
}// 强制类型转换重载
CMatrix::operator double()
{double dS=0;for(int i=0;i<m_nRow*m_nCol;i++){dS+=m_pData[i];}return dS;
}

4.友元函数
输入和输出运输符：<<, >>

friend istream& operator>>(istream& is, CMatrix& m);
friend ostream& operator<<(ostream& os, const CMatrix& m);

①赋予特权，特殊声明，friend加了之后为全局函数不是成员函数，类里面定义的所有对象都可以调用，所以可以访问下面的private私有变量；
②输出输入流运算符重载，原本输出输入流只能针对基础的数据类型，比如char，int，double，指针，重载后使其能够读取自己定义的类。

5.主函数

#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include "CMatrix.h"
using namespace std;int main(int argc, char** argv) {double pData[10] = {2,3,4,5};CMatrix m1, m2(2, 5, pData), m3("./1.txt"), m4(m2);cin >> m1;m2.Set(1,3,10);cout << m1 << m2 << m3 << m4;m4 = m3;m4[2] = m4 + 1;if(m4 == m3)   {cout << "Error !" << endl;}m4 += m3;cout << "sum of m4 = " << (double)m4 << endl;return 0;
}

三、正文内容如下：

#ifndef CMATRIX_H
#define CMATRIX_H#include<iostream>using namespace std;class CMatrix
{
private:     //二维矩阵类变量定义int m_nRow;//行数int m_nCol;//列数double * m_pData=NULL;//用于存储矩阵中所有值地址的指针，初始化为NULLpublic:CMatrix(); //构造器//如果nRow=0有默认值则之后的都得有默认值//若都默认值为0，相当于无参数，则会与上一个构造函数CMatrix();产生歧义，不知道调用哪一个//带行、列及数据指针等参数的构造函数, 并且参数带默认值CMatrix(int nRow, int nCol, double * pDate = NULL);  //拷贝构造函数CMatrix(const CMatrix& m);   //带文件路径参数的构造函数CMatrix(const char * strPah);~CMatrix(); //析构函数bool Create(int nRow, int nCol, double* pDate);  //初始化void Set(int nRow, int nCol, double dVale); //内联函数void Release(); //释放内存//操作符重载friend istream & operator >>(istream& is, CMatrix & m);//友元函数 在外部就可以访问到正常情况下无法访问到的私有属性和方法。friend ostream& operator <<(ostream& os, const CMatrix &m);//运算符重载CMatrix& operator = (const CMatrix& m);CMatrix& operator+=(const CMatrix& m);double & operator[](int nIndex);double & operator()(int nRow,int nCol);bool operator == (const CMatrix& m);bool operator != (const CMatrix& m);//重载类型转换operator double();
};// 重载运算符 "+"
CMatrix operator+(const CMatrix& m1, const CMatrix& m2);
inline void CMatrix::Set(int nRow, int nCol, double dVal){m_pData[nRow*m_nCol + nCol]=dVal;}#endif

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