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
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sie minimalistisch sind, d.h. möglichst wenig Ballast mitführen und andererseits
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sie genügend umfangreich sind, so dass mögliche Nutzungen nicht eingeschränkt werden.
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(); }