如何在函数中初始化矩阵并在 C++ 中有效地返回它？答案

【问题标题】：How to initialize a matrix in a function and return it efficiently in C++?如何在函数中初始化矩阵并在 C++ 中有效地返回它？
【发布时间】：2019-03-27 23:09:24
【问题描述】：

我的任务是在函数中生成一个由零组成的方阵并返回它。有很多方法可以做到这一点，但我决定不使用按值返回矩阵以提高效率。我采用了像in this answer 这样的指针方法，但由于它需要手动清理内存（而且据我所知最好使用智能指针），我决定将它变成std::unique_ptr，但我无法获得它工作。这是我的代码：

#include <iostream>
#include <memory>

std::unique_ptr<std::unique_ptr<int>[] > GenerateMatrix(const int &n) {
    std::unique_ptr<std::unique_ptr<int>[] > matrix(new std::unique_ptr<int>[n]);
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        for (int j = 0; j < n; j++) {
            matrix[i].get()[j] = 0;
        }
    }

    return matrix;
}

int main() {
    int n = 4;
    auto matrix = GenerateMatrix(n);
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        for (int j = 0; j < n; j++) {
            std::cout<<matrix[j].get()[i]<<" ";
        }
        std::cout<<std::endl;
    }

    return 0;
}

我在这里做错了什么？这种方法是否正确？

【问题讨论】：

std::unique_ptr<std::unique_ptr<int>[]> 不是二维矩阵。你想要std::unique_ptr<std::unique_ptr<int[]>[]>。
std::vector<std::vector<int>> 可能包含在课堂上。（如果已包装，则将向量展平并手动进行索引计算以实现缓存友好）
在这种情况下使用std::unique_ptr 并没有好处。
“有很多方法可以做到这一点，但我决定不使用按值返回矩阵以提高效率。”这个假设是错误的——请理解返回值优化和保证复制省略。 士气：过早优化是万恶之源
复制省略和移动语义都可以更好地在此处使用普通的std::vector 并按值返回。

标签： c++

【解决方案1】：

为什么不让你的生活更轻松

vector<vector<int>> generate (int m, int n)
{
    return vector<vector<int>>(m ,vector<int>(n));
}

int main()
{
    int m = 3, n = 4;
    auto matrix = generate(m, n);  // a 3-by-4 matrix of zeros
    return 0;
}

【讨论】：

此解决方案的性能问题是它不会将数据连续存储在内存中。

【解决方案2】：

仅仅依靠保证复制省略或返回值优化：

std::vector<int> GenerateMatrix(const int &n) {
    return std::vector<int>(n*n, 0);//, 0 can be omitted (as elements will then be zero-initialized)
}

【讨论】：

看来你对std::vector<int>(0, n*n)的参数顺序有误。
@Bob__ 我已添加您的评论...作为评论:)

【解决方案3】：

您可以在编译时创建和初始化矩阵。例如：

template<int RowCount, int ColumnCount, int DefaultValue = 0>
struct Matrix
{
  static_assert(RowCount >= 0 && ColumnCount >=0,
                "The number of rows and columns should be positive");
  struct Row
  {
    int column[ColumnCount] = { DefaultValue };
  };
  Row row[RowCount];
};

并像这样使用它：

Matrix<2, 2, 33> matrix;
auto val = matrix.row[0].column[0]; // val == 33
matrix.row[0].column[0] = 55;
val = matrix.row[0].column[0]; // val == 55

当按行和列引用其元素时，请注意矩阵维度。

【讨论】：

或者只是std::array<std::array<T, N>, N>。
请注意，您的默认值仅适用于matrix[x][0]，matrix[x][1] 将是0。

【解决方案4】：

您没有为矩阵分配足够的内存。更改此行：

std::unique_ptr<std::unique_ptr<int>[] > matrix(new std::unique_ptr<int>[n*n]);

另外，我只会使用 i*n + j 进行访问，因为您实际上是在处理一维数组：

#include <iostream>
#include <memory>

std::unique_ptr<std::unique_ptr<int>[] > GenerateMatrix(const int &n) {
  std::unique_ptr<std::unique_ptr<int>[] > matrix(new std::unique_ptr<int>[n*n]);
  for (int i = 0; i < n; i++) {
    for (int j = 0; j < n; j++) {
      matrix.get()[i*n+j] = 0;
    }
  }

  return matrix;
}

int main() {
  int n = 4;
  auto matrix = GenerateMatrix(n);
  for (int i = 0; i < n; i++) {
    for (int j = 0; j < n; j++) {
      std::cout<<matrix.get()[i*n+j]<<" ";
    }
    std::cout<<std::endl;
  }

  return 0;
}

【讨论】：