Создать класс Array

@vell1 · Регистрация: 11.10.2021

Author24 — интернет-сервис помощи студентам

Здравствуйте. Помогите, пожалуйста, с заданием:
Создать класс Array, в котором перегрузить операторы:
а) «&» для перемножения двух матриц;
б) «+» для сложения двух матриц.
Память под матрицы выделять динамически. Реализовать
конструкторы (по умолчанию, с параметрами, копирования), деструкторы.
Реализовать friend-функции для операторов ввода/вывода в поток.
Реализовал все операции с матрицами, но как осуществить перегрузку операторов и как нужно здесь использовать классы? Стоит ли разбивать все на отдельные функции?

C++

#include <iostream>
using namespace std;
 
int main()
{
    int row1, row2, col1, col2;
    double** a, ** b, ** c, **d;
    system("chcp 1251");
    system("cls");
    cout << "Введите количество строк первой матрицы: ";
    cin >> row1;
    cout << "Введите количество столбцов первой матрицы: ";
    cin >> col1;
    cout << "Введите количество строк второй матрицы: ";
    cin >> row2;
    cout << "Введите количество столбцов второй матрицы: ";
    cin >> col2;
    if (col1 != row2) {
        cout << "Умножение невозможно!";
        cin.get(); cin.get();
        return 0;
    }
    // Ввод элементов первой матрицы
    a = new double* [row1];
    cout << "Введите элементы первой матрицы" << endl;
    for (int i = 0; i < row1; i++)
    {
        a[i] = new double[col1];
        for (int j = 0; j < col1; j++)
        {
            cout << "a[" << i << "][" << j << "]= ";
            cin >> a[i][j];
        }
    }
    // Вывод элементов первой матрицы
    for (int i = 0; i < row1; i++)
    {
        for (int j = 0; j < col1; j++)
            cout << a[i][j] << " ";
        cout << endl;
    }
    // Ввод элементов второй матрицы
    b = new double* [row2];
    cout << "Введите элементы второй матрицы" << endl;
    for (int i = 0; i < row2; i++)
    {
        b[i] = new double[col2];
        for (int j = 0; j < col2; j++)
        {
            cout << "b[" << i << "][" << j << "]= ";
            cin >> b[i][j];
        }
    }
    // Вывод элементов второй матрицы
    for (int i = 0; i < row2; i++)
    {
        for (int j = 0; j < col2; j++)
        {
            cout << b[i][j] << " ";
        }
        cout << endl;
    }
    // Сложение матриц
    c = new double* [row1];
    for (int i = 0; i < row1; i++)
    {
        c[i] = new double[row2];
        for (int j = 0; j < row2; j++)
                c[i][j] = a[i][j] + b[i][j];
    }
    // Вывод матрицы сложения
    cout << "Матрица сложения" << endl;
    for (int i = 0; i < row1; i++)
    {
        for (int j = 0; j < col2; j++)
            cout << c[i][j] << " ";
        cout << endl;
    }
    cin.get(); cin.get();
 
    // Умножение матриц
    d = new double* [row1];
    for (int i = 0; i < row1; i++)
    {
        d[i] = new double[col2];
        for (int j = 0; j < col2; j++)
        {
            d[i][j] = 0;
            for (int k = 0; k < col1; k++)
                d[i][j] += a[i][k] * b[k][j];
        }
    }
    // Вывод матрицы произведения
    cout << "Матрица произведения" << endl;
    for (int i = 0; i < row1; i++)
    {
        for (int j = 0; j < col2; j++)
            cout << d[i][j] << " ";
        cout << endl;
    }
    cin.get(); cin.get();
    return 0;
}

Пожалуйста!

@lemegeton · 14.11.2021, 04:16

Сообщение от vell1

как осуществить перегрузку операторов

Тут вам без классов не обойтись.

Сообщение от vell1

Создать класс Array, в котором перегрузить операторы

Под термином Array обычно понимают одномерные массивы

Сообщение от vell1

а) «&» для перемножения двух матриц;
б) «+» для сложения двух матриц.

Но дальше используется термин "матрицы", под которым обычно понимаются 2+ мерные массивы.

Это ошибка? Опечатка?

Добавлено через 11 минут
Этот код делает примерно то же самое, что и ваш, но с классами и операторами.
(сработает ТОЛЬКО если ввести две квадратные матрицы одинакового размера, иначе -- эксепшон).

C++

#include <iostream>
#include <istream>
#include <ostream>
#include <utility>
#include <iomanip>
 
template<typename T>
class Matrix {
public:
    // правило трёх:
    // конструктор
    Matrix(std::size_t height, std::size_t width): height(height), width(width), data(construct(height, width)) {}
    // конструктор копирования
    Matrix(const Matrix<T> &other): height(other.height), width(other.width), data(copy(construct(height, width), other.data, height, width)) {}
    // оператор присваивания
    Matrix<T> &operator=(const Matrix<T> &other) {
        if (this != &other) {
            data = destruct(data, height, width);
            this->height = other.height;
            this->width = other.width;
            this->data = copy(construct(height, width), other.data, height, width);
        }
        return *this;
    }
    // правило пяти:
    // move-конструктор
    Matrix(Matrix<T> &&other) noexcept: height(std::exchange(other.height, 0)), width(std::exchange(other.width, 0)), data(std::exchange(other.data, nullptr)) {}
    // move-оператор присваивания
    Matrix<T> &operator=(Matrix<T> &&other) noexcept {
        if (this != &other) {
            this->height = std::exchange(other.height, 0);
            this->width = std::exchange(other.width, 0);
            this->data = std::exchange(other.data, nullptr);
        }
        return *this;
    }
    virtual ~Matrix() {
        data = destruct(data, height);
    }
 
    // конструктор с генерацией значений
    template<typename Generator>
    Matrix(std::size_t height, std::size_t width, Generator g): height(height), width(width), data(generate(construct(height, width), height, width, g)) {}
 
    // оператор доступа к элементам матрицы
    T *operator[](std::size_t row) {
        return data[row];
    }
 
    // оператор доступа к элементам матрицы
    const T *operator[](std::size_t row) const {
        return data[row];
    }
 
    // оператор доступа к элементам матрицы
    T &operator()(std::size_t row, std::size_t col) {
        return data[row][col];
    }
    // константный оператор доступа к константным элементам матрицы
    const T &operator()(std::size_t row, std::size_t col) const {
        return data[row][col];
    }
    // количество строк
    std::size_t getHeight() const {
        return height;
    }
    // количество столбцов
    std::size_t getWidth() const {
        return width;
    }
private:
    template<typename Generator>
    static T **generate(T **data, std::size_t height, std::size_t width, Generator g) {
        for (std::size_t i = 0; i < height; ++i) {
            for (std::size_t j = 0; j < width; ++j) {
                data[i][j] = g();
            }
        }
        return data;
    }
    static T **construct(std::size_t height, std::size_t width) {
        T **result = new T*[height];
        for (std::size_t i = 0; i < height; ++i) {
            result[i] = new T[width]{0};
        }
        return result;
    }
    static T **copy(T **destination, T **source, std::size_t height, std::size_t width) {
        for (std::size_t i = 0; i < height; ++i) {
            for (std::size_t j = 0; j < width; ++j) {
                destination[i][j] = source[i][j];
            }
        }
        return destination;
    }
    static T **destruct(T **data, std::size_t height) {
        if (data != nullptr) {
            for (std::size_t i = 0; i < height; ++i) {
                delete [] data[i];
            }
            delete [] data;
        }
        return nullptr;
    }
    std::size_t height;
    std::size_t width;
    T **data;
};
 
template<typename T>
Matrix<T> operator+(const Matrix<T> &a, const Matrix<T> &b) {
    if (a.getWidth() != b.getWidth() || a.getHeight() != b.getHeight()) {
        throw std::invalid_argument("matrices should be of the same dimension sizes");
    }
    Matrix<T> result(a.getHeight(), a.getWidth());
    for (std::size_t i = 0; i < a.getHeight(); ++i) {
        for (std::size_t j = 0; j < a.getWidth(); ++j) {
            result(i, j) = a(i, j) + b(i, j);
        }
    }
    return result;
}
 
template<typename T>
Matrix<T> operator-(const Matrix<T> &a, const Matrix<T> &b) {
    if (a.getWidth() != b.getWidth() || a.getHeight() != b.getHeight()) {
        throw std::invalid_argument("matrices should be of the same dimension sizes");
    }
    Matrix<T> result(a.getHeight(), a.getWidth());
    for (std::size_t i = 0; i < a.getHeight(); ++i) {
        for (std::size_t j = 0; j < a.getWidth(); ++j) {
            result(i, j) = a(i, j) + b(i, j);
        }
    }
    return result;
}
 
template<typename T>
Matrix<T> operator*(const Matrix<T> &a, const Matrix<T> &b) {
    if (a.getWidth() != b.getHeight()) {
        throw std::invalid_argument("matrix a should have it's width equal to matrix b height");
    }
    Matrix<T> result(a.getHeight(), b.getWidth());
    for (std::size_t i = 0; i < result.getHeight(); ++i) {
        for (std::size_t j = 0; j < result.getWidth(); ++j) {
            result(i, j) = 0;
            for (std::size_t k = 0; k < a.getWidth(); ++k) {
                result(i, j) += a(i, k) * b(k, j);
            }
        }
    }
    return result;
}
 
template<typename T>
Matrix<T> operator*(const Matrix<T> &a, const T &scalar) {
    Matrix<T> result(a.getHeight(), a.getWidth());
    for (std::size_t i = 0; i < result.getHeight(); ++i) {
        for (std::size_t j = 0; j < result.getWidth(); ++j) {
            result(i, j) = a(i, j) * scalar;
        }
    }
    return result;
}
 
template<typename T>
Matrix<T> operator/(const Matrix<T> &a, const T &scalar) {
    Matrix<T> result(a.getHeight(), a.getWidth());
    for (std::size_t i = 0; i < result.getHeight(); ++i) {
        for (std::size_t j = 0; j < result.getWidth(); ++j) {
            result(i, j) = a(i, j) / scalar;
        }
    }
    return result;
}
 
template<typename T>
Matrix<T> transpose(const Matrix<T> &m) {
    Matrix<T> result(m.getWidth(), m.getHeight());
    for (std::size_t i = 0; i < result.getHeight(); ++i) {
        for (std::size_t j = 0; j < result.getWidth(); ++j) {
            result(i, j) = m(j, i);
        }
    }
    return result;
}
 
template<typename T, typename Comparator>
T find_max(const Matrix<T> &m, Comparator comare) {
    T value = m(0, 0);
    for (std::size_t i = 0; i < m.getHeight(); ++i) {
        for (std::size_t j = 0; j < m.getWidth(); ++j) {
            if (comare(m(i, j), value)) {
                value = m(i, j);
            }
        }
    }
    return value;
}
 
 
template<typename T>
Matrix<T> identity(std::size_t size) {
    Matrix<T> result(size, size);
    for (std::size_t i = 0; i < size; ++i) {
        result(i, i) = 1;
    }
    return result;
}
 
// оператор вывода матрицы на экран
template<typename T>
std::ostream &operator<<(std::ostream &out, const Matrix<T> &m) {
    for (std::size_t i = 0; i < m.getHeight(); ++i) {
        for (std::size_t j = 0; j < m.getWidth(); ++j) {
            out << std::fixed << std::setprecision(2) << std::setw(7) << m(i, j);
        }
        out << std::endl;
    }
    return out;
}
 
// оператор ввода матрицы из потока
template<typename T>
std::istream &operator>>(std::istream &in, Matrix<T> &m) {
    for (std::size_t i = 0; i < m.getHeight(); ++i) {
        for (std::size_t j = 0; j < m.getWidth(); ++j) {
            in >> m(i, j);
        }
    }
    return in;
}
 
 
int main() {
    std::size_t height_a, height_b, width_a, width_b;
 
    std::cout << "Input first matrix height: ";
    std::cin >> height_a;
    std::cout << "Input first matrix width: ";
    std::cin >> width_a;
    std::cout << "Input second matrix height: ";
    std::cin >> height_b;
    std::cout << "Input second matrix width: ";
    std::cin >> width_b;
 
    if (width_a != height_b) {
        std::cout << "Impossible to multiply those two" << std::endl;
        return 0;
    }
 
    Matrix<double> a(height_a, width_a);
    std::cin >> a;
    Matrix<double> b(height_b, width_b);
    std::cin >> b;
 
    std::cout << "a = " << std::endl << a << std::endl << "b = " << std::endl << b << std::endl;
    std::cout << "a + b = " << std::endl << (a + b) << std::endl;
    std::cout << "a * b = " << std::endl << (a * b) << std::endl;
 
}

В коде много ненужного вам, лень было вырезать, думаю, основную идею передает.

@vell1 · 14.11.2021, 11:11 **[ТС]**

Спасибо!
Да, там ошибка, должны фигурировать только матрицы

C++

// move-конструктор
    Matrix(Matrix<T>&& other) noexcept : height(std::exchange(other.height, 0)), width(std::exchange(other.width, 0)), data(std::exchange(other.data, nullptr)) {}
    // move-оператор присваивания
    Matrix<T>& operator=(Matrix<T>&& other) noexcept {
        if (this != &other) {
            this->height = std::exchange(other.height, 0);
            this->width = std::exchange(other.width, 0);
            this->data = std::exchange(other.data, nullptr);
        }
        return *this;
    }
    virtual ~Matrix() {
        data = destruct(data, height);
    }
    // конструктор с генерацией значений
    template<typename Generator>
    Matrix(std::size_t height, std::size_t width, Generator g) : height(height), width(width), data(generate(construct(height, width), height, width, g)) {}

вот это получается не нужно

C++

template<typename T>
Matrix<T> operator+(const Matrix<T>& a, const Matrix<T>& b) {
    if (a.getWidth() != b.getWidth() || a.getHeight() != b.getHeight()) {
        throw std::invalid_argument("matrices should be of the same dimension sizes");
    }
    Matrix<T> result(a.getHeight(), a.getWidth());
    for (std::size_t i = 0; i < a.getHeight(); ++i) {
        for (std::size_t j = 0; j < a.getWidth(); ++j) {
            result(i, j) = a(i, j) + b(i, j);
        }
    }
    return result;
}

А если я уберу вот эти проверки, то может можно будет вводить не только квадратные матрицы? Или здесь это именно особенность программы?

Подскажите еще пожалуйста, для чего нужен этот оператор?

C++

// оператор ввода матрицы из потока
template<typename T>
std::istream& operator>>(std::istream& in, Matrix<T>& m) {
    for (std::size_t i = 0; i < m.getHeight(); ++i) {
        for (std::size_t j = 0; j < m.getWidth(); ++j) {
            in >> m(i, j);
        }
    }
    return in;
}

И вот этот? До этого же уже есть функция умножения матриц, тогда этот что делает?

C++

template<typename T>
Matrix<T> operator*(const Matrix<T>& a, const T& scalar) {
    Matrix<T> result(a.getHeight(), a.getWidth());
    for (std::size_t i = 0; i < result.getHeight(); ++i) {
        for (std::size_t j = 0; j < result.getWidth(); ++j) {
            result(i, j) = a(i, j) * scalar;
        }
    }
    return result;
}

@SmallEvil · 14.11.2021, 12:44

vell1,

C++

1	std::istream& operator>>(std::istream& in, Matrix<T>& m)

выводит матрицу в поток (консоль, файл).

C++

1	Matrix<T> operator*(const Matrix<T>& a, const T& scalar)

умножение матрицы(всех элементов) на скалярную величину (число).

@lemegeton · 14.11.2021, 13:27

Сообщение от vell1

Да, там ошибка, должны фигурировать только матрицы

Поподробнее с этого места. Какая ошибка? Что "фигурирует" кроме матриц?

Сообщение от vell1

вот это получается не нужно

Из этого всего вам не нужен только конструктор с генерацией значений.

Остальное как раз ОЧЕНЬ нужно. Без этого работать будет с ошибками. Там конструктор копирования, деструктор, оператор присваивания... Всё это нужно, чтоб класс работал правильно.

Сообщение от vell1

А если я уберу вот эти проверки, то может можно будет вводить не только квадратные матрицы? Или здесь это именно особенность программы?

Это - оператор сложения. Он складывает две матрицы.
Матрицы можно складывать только если они одного размера.
Эта проверка проверяет, что складываются матрицы одного размера.

Вводить вы можете любые матрицы, а вот производить над ними действия -- не любые. Если вы уберёте проверку, ошибка всё равно будет, только другая и менее понятная.

Из-за математики.

Умножение матриц определено только для матриц, у которых количество столбцов первой равно количеству строк второй, а сложение определено только для матриц одного размера.

И оба эти действия одновременно возможны только для квадратных матриц.

Добавлено через 1 минуту

Сообщение от vell1

Подскажите еще пожалуйста, для чего нужен этот оператор?

Сообщение от SmallEvil

умножение матрицы(всех элементов) на скалярную величину (число).

Уважаемый SmallEvil, уже ответил на этот вопрос.
Первый оператор вам понадобится, второй -- скорее всего нет.

Выложите задание целиком, как его дал преподаватель. Посмотрим, что можно сделать.

@vell1 · 14.11.2021, 20:37 **[ТС]**

lemegeton,

Поподробнее с этого места. Какая ошибка? Что "фигурирует" кроме матриц?

Это я про условие уточнил, что вы правы по поводу ошибки в задании.

Это ошибка? Опечатка?

Выложите задание целиком, как его дал преподаватель. Посмотрим, что можно сделать.

Это и было все задание))

Первый оператор вам понадобится, второй -- скорее всего нет.

Да, с этим разобрался

И оба эти действия одновременно возможны только для квадратных матриц

Большое спасибо за объяснения, а то я сразу не так понял про квадратные матрицы)

@lemegeton 4773 / 2582 / 894 Регистрация: 29.11.2010 Сообщений: 5,590
	14.11.2021, 13:27	5
	Сообщение от vell1 Да, там ошибка, должны фигурировать только матрицы Поподробнее с этого места. Какая ошибка? Что "фигурирует" кроме матриц? Сообщение от vell1 вот это получается не нужно Из этого всего вам не нужен только конструктор с генерацией значений. Остальное как раз ОЧЕНЬ нужно. Без этого работать будет с ошибками. Там конструктор копирования, деструктор, оператор присваивания... Всё это нужно, чтоб класс работал правильно. Сообщение от vell1 А если я уберу вот эти проверки, то может можно будет вводить не только квадратные матрицы? Или здесь это именно особенность программы? Это - оператор сложения. Он складывает две матрицы. Матрицы можно складывать только если они одного размера. Эта проверка проверяет, что складываются матрицы одного размера. Вводить вы можете любые матрицы, а вот производить над ними действия -- не любые. Если вы уберёте проверку, ошибка всё равно будет, только другая и менее понятная. Из-за математики. Умножение матриц определено только для матриц, у которых количество столбцов первой равно количеству строк второй, а сложение определено только для матриц одного размера. И оба эти действия одновременно возможны только для квадратных матриц. Добавлено через 1 минуту Сообщение от vell1 Подскажите еще пожалуйста, для чего нужен этот оператор? Сообщение от SmallEvil умножение матрицы(всех элементов) на скалярную величину (число). Уважаемый SmallEvil, уже ответил на этот вопрос. Первый оператор вам понадобится, второй -- скорее всего нет. Выложите задание целиком, как его дал преподаватель. Посмотрим, что можно сделать. 1

@vell1 1 / 1 / 0 Регистрация: 11.10.2021 Сообщений: 11
	14.11.2021, 20:37 [ТС]	6
	lemegeton, Поподробнее с этого места. Какая ошибка? Что "фигурирует" кроме матриц? Это я про условие уточнил, что вы правы по поводу ошибки в задании. Это ошибка? Опечатка? Выложите задание целиком, как его дал преподаватель. Посмотрим, что можно сделать. Это и было все задание)) Первый оператор вам понадобится, второй -- скорее всего нет. Да, с этим разобрался И оба эти действия одновременно возможны только для квадратных матриц Большое спасибо за объяснения, а то я сразу не так понял про квадратные матрицы) 1