C++ Boost MultiArray簡化使用多維陣列庫

一、介紹Boost.MultiArray

Boost.MultiArray

Boost.MultiArray 是一個簡化使用多維陣列的庫。最重要的優點是多維陣列可以像標準庫中的容器一樣使用。例如，有一些成員函數，例如 begin() 和 end()，讓您可以通過迭代器存取多維陣列中的元素。迭代器比通常用於 C 陣列的指標更易於使用，尤其是對於具有多個維度的陣列。

二、範例

範例 19.1。帶有 boost::multi_array 的一維陣列

#include <boost/multi_array.hpp>
#include <iostream>
int main()
{
  boost::multi_array<char, 1> a{boost::extents[6]};
  a[0] = 'B';
  a[1] = 'o';
  a[2] = 'o';
  a[3] = 's';
  a[4] = 't';
  a[5] = '';
  std::cout << a.origin() << 'n';
}

Boost.MultiArray 提供類 boost::multi_array 來建立陣列。這是提供的最重要的類。它在 boost/multi_array.hpp 中定義。

boost::multi_array 是一個需要兩個引數的模板：第一個引數是要儲存在陣列中的元素的型別。第二個引數確定陣列應該有多少維。

第二個引數只設定維度的數量，而不是每個維度中的元素數量。因此，在範例 19.1 中，a 是一維陣列。

維度中的元素數量是在執行時設定的。範例 19.1 使用全域性物件 boost::extents 來設定維度大小。該物件被傳遞給 a 的建構函式。

boost::multi_array 型別的物件可以像普通的 C 陣列一樣使用。通過將索引傳遞給 operator[] 來存取元素。範例 19.1 將五個字母和一個空字元儲存在 a - 一個包含六個元素的一維陣列中。 origin() 返回指向第一個元素的指標。該範例使用此指標將儲存在陣列中的單詞 -Boost - 寫入標準輸出。

與標準庫中的容器不同，operator[] 檢查索引是否有效。如果索引無效，程式將使用 std::abort() 退出。如果您不想檢查索引的有效性，請在包含 boost/multi_array.hpp 之前定義宏 BOOST_DISABLE_ASSERTS。

範例 19.2。二維陣列的檢視和子陣列

#include <boost/multi_array.hpp>
#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <cstring>
int main()
{
  boost::multi_array<char, 2> a{boost::extents[2][6]};
  typedef boost::multi_array<char, 2>::array_view<1>::type array_view;
  typedef boost::multi_array_types::index_range range;
  array_view view = a[boost::indices[0][range{0, 5}]];
  std::memcpy(view.origin(), "tsooB", 6);
  std::reverse(view.begin(), view.end());
  std::cout << view.origin() << 'n';
  boost::multi_array<char, 2>::reference subarray = a[1];
  std::memcpy(subarray.origin(), "C++", 4);
  std::cout << subarray.origin() << 'n';
}

Example19.2

example19.2 建立一個二維陣列。第一個維度中的元素數設定為 2，第二個維度中的元素數設定為 6。將陣列視為具有兩行六列的表。

表的第一行將包含單詞 Boost。由於這個詞只需要儲存五個字母，因此建立了一個檢視，該檢視正好跨越陣列的五個元素。

基於類 boost::multi_array::array_view 的檢視允許您存取陣列的一部分並將該部分視為單獨的陣列。

boost::multi_array::array_view 是一個模板，它將檢視中的維數作為模板引數。在範例 19.2 中，檢視的維數為 1。由於陣列 a 有兩個維度，因此忽略了一個維度。為了省去Boost這個詞，一維陣列就足夠了；更多的維度會令人困惑。

與 boost::multi_array 一樣，維數作為模板引數傳入，每個維的大小在執行時設定。但是，對於 boost::multi_array::array_view，這不是通過 boost::extents 完成的。相反，它是通過 boost::indices 完成的，這是 Boost.MultiArray 提供的另一個全域性物件。

與 boost::extents 一樣，索引必須傳遞給 boost::indices。雖然只能將數位傳遞給 boost::extents，但 boost::indices 也接受範圍。這些是使用 boost::multi_array_types::index_range 定義的。

在範例 19.2 中，傳遞給 boost::indices 的第一個引數不是範圍，而是數位 0。傳遞數位時，您不能使用 boost::multi_array_types::index_range。在範例中，檢視將採用 a 的第一個維度——索引為 0 的維度。

對於第二個引數，boost::multi_array_types::index_range 用於定義範圍。通過將 0 和 5 傳遞給建構函式，a 的第一個維度的前五個元素可用。範圍從索引 0 開始，到索引 5 結束——不包括索引 5 處的元素。第一維中的第六個元素被忽略。

因此，檢視是一個由五個元素組成的一維陣列——a 的第一行中的前五個元素。當存取檢視以使用 std::memcpy() 複製字串並使用 std::reverse() 反轉元素時，這種關係無關緊要。建立檢視後，它就像一個具有五個元素的獨立陣列。

當對 boost::multi_array 型別的陣列呼叫 operator[] 時，返回值取決於

方面。在範例 19.1 中，運運算元返回 char 元素，因為存取的陣列是一維的。

在範例 19.2 中，a 是一個二維陣列。因此，operator[] 返回子陣列而不是 char 元素。因為子陣列的型別不是公開的，所以必須使用 boost::multi_array::reference。此型別與 boost::multi_array::array_view 不同，即使子陣列的行為類似於檢視。檢視必須明確定義並且可以跨越陣列的任意部分，而子陣列由 operator[] 自動返回並跨越每個維度中的所有元素。

範例 19.3。使用 boost::multi_array_ref 包裝 C 陣列

#include <boost/multi_array.hpp>
#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <cstring>
int main()
{
  char c[12] =
  {
    't', 's', 'o', 'o', 'B', '',
    'C', '+', '+', '', '', ''
  };
  boost::multi_array_ref<char, 2> a{c, boost::extents[2][6]};
  typedef boost::multi_array<char, 2>::array_view<1>::type array_view;
  typedef boost::multi_array_types::index_range range;
  array_view view = a[boost::indices[0][range{0, 5}]];
  std::reverse(view.begin(), view.end());
  std::cout << view.origin() << 'n';
  boost::multi_array<char, 2>::reference subarray = a[1];
  std::cout << subarray.origin() << 'n';
}

類 boost::multi_array_ref 包裝了一個現有的 C 陣列。在範例 19.3 中，a 提供與 boost::multi_array 相同的介面，但不分配記憶體。使用 boost::multi_array_ref，一個 C 陣列——不管它有多少維——都可以被視為一個 boost::multi_array 型別的多維陣列。 C 陣列只需要作為附加引數新增到建構函式中。

Boost.MultiArray 還提供了 boost::const_multi_array_ref 類，它將 C 陣列視為常數多維陣列。

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