Template-Funktionen

Bislang war init eine Methode innerhalb der Matrix-Klasse:

void init() {
   for (std::size_t i = 0; i < m; ++i) {
      for (std::size_t j = 0; j < n; ++j) {
         data[i*incRow + j*incCol] = j * n + i + 1;
      }
   }
}

Da stellt sich jedoch die Frage, ob so eine Methode innerhalb der Matrix-Klasse sinnvoll ist. Es ist erstrebenswert, Klassen so zu entwerfen, dass

Da die Klasse bereits Zugriffsmethoden für den Zugriff auf ein einzelnes Element anbietet, kann die init-Methode aus der Klasse herausgelöst werden. Das hätte auch den Vorteil, dass die Abbildung von Indizes in eine Speicherzelle nur in den entsprechenden Zugriffsmethoden stattfinden würden.

Wenn Matrix keine Template-Klasse wäre, könnte das so aussehen:

void init_matrix(Matrix& A) {
   for (std::size_t i = 0; i < A.m; ++i) {
      for (std::size_t j = 0; j < A.n; ++j) {
         A(i, j) = j * A.n + i + 1;
      }
   }
}

int main() {
   Matrix A(7, 8, StorageOrder::ColMajor);
   init_matrix(A); std::printf("A =\n"); A.print();
}

In C++ sind Template-Deklarationen auch für Funktionen denkbar. Wir könnten die Funktion entsprechend mit dem Elementtyp der Matrix parametrisieren:

template<typename T>
void init_matrix(Matrix<T>& A) {
   for (std::size_t i = 0; i < A.m; ++i) {
      for (std::size_t j = 0; j < A.n; ++j) {
         A(i, j) = j * A.n + i + 1;
      }
   }
}

int main() {
   Matrix<double> A(7, 8, StorageOrder::ColMajor);
   init_matrix<double>(A); std::printf("A =\n"); A.print();
}

Bei genauerer Betrachtung lässt sich feststellen, dass die Typinformation beim Aufruf von init_matrix redundant ist. Da A den Typ Matrix<double> hat und init_matrix einen Parameter des Typs Matrix<T>& erwartet, könnte daraus geschlossen werden, dass für T bei diesem Aufruf double einzusetzen ist. Freundlicherweise kommt C++ uns hier entgegen, d.h. wenn bei einem Aufruf einer Template-Funktion die Template-Parameter sich aus den Datentypen der aktuellen Parameter ableiten lassen, dann kann die explizite Angabe von Template-Parametern wegfallen:

template<typename T>
void init_matrix(Matrix<T>& A) {
   for (std::size_t i = 0; i < A.m; ++i) {
      for (std::size_t j = 0; j < A.n; ++j) {
         A(i, j) = j * A.n + i + 1;
      }
   }
}

int main() {
   Matrix<double> A(7, 8, StorageOrder::ColMajor);
   init_matrix(A); std::printf("A =\n"); A.print();
}

Aufgabe

Entfernen Sie analog dazu die print-Methode aus der Matrix-Klasse und wandeln Sie sie in eine Template-Funktion um.

Vorlage

#include <cstddef> /* needed for std::size_t */
#include <cstdio> /* needed for printf */
#include <cassert> /* needed for assert */

enum class StorageOrder {ColMajor, RowMajor};

template<typename T>
struct Matrix {
   const std::size_t m; /* number of rows */
   const std::size_t n; /* number of columns */
   const std::size_t incRow;
   const std::size_t incCol;
   T* data;

   Matrix(std::size_t m, std::size_t n, StorageOrder order) :
         m(m), n(n),
         incRow(order == StorageOrder::ColMajor? 1: n),
         incCol(order == StorageOrder::RowMajor? 1: m),
         data(new T[m*n]) {
   }

   ~Matrix() {
      delete[] data;
   }

   const T& operator()(std::size_t i, std::size_t j) const {
      assert(i < m && j < n);
      return data[i*incRow + j*incCol];
   }

   T& operator()(std::size_t i, std::size_t j) {
      assert(i < m && j < n);
      return data[i*incRow + j*incCol];
   }

   void print() {
      for (std::size_t i = 0; i < m; ++i) {
         std::printf("  ");
         for (std::size_t j = 0; j < n; ++j) {
            /* be careful here, printf is not polymorph */
            std::printf(" %4.1lf", (double) data[i*incRow + j*incCol]);
         }
         std::printf("\n");
      }
   }
};

template<typename T>
void init_matrix(Matrix<T>& A) {
   for (std::size_t i = 0; i < A.m; ++i) {
      for (std::size_t j = 0; j < A.n; ++j) {
         A(i, j) = j * A.n + i + 1;
      }
   }
}

int main() {
   Matrix<double> A(7, 8, StorageOrder::ColMajor);
   init_matrix(A); std::printf("A =\n"); A.print();
}