ベクトルと行列クラスのインターフェース

　行列とベクトル・クラスのインタフェースは次のようになります。 
// matrix20.h
// Matrixクラス Vectorクラス　インターフェイス部
// 非メンバ関数と２つのクラスについてのfriend関数
// 微少要素を除去する(Vectorクラスについてのfriendメンバ関数)
// 行を交換するメンバ関数
#ifndef MATRIX20_H
#define MATRIX20_H

#include <iostream.h>
#include <iomanip.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>
#include <assert.h>

#define NEARLY_ZERO 1.E-16    // ゼロと見なせる
#define ZERO_TOLERANCE 1.E-8 // 相対誤差


class Matrix; // 前方宣言
class Vector; // 前方宣言


// 非メンバ関数
const Vector operator+(const Vector &, const Vector &);//ベクトルの和
const Vector operator-(const Vector &, const Vector &);//ベクトルの差
const Vector operator*(double , const Vector &);       //スカラー倍
const Vector operator*(const Vector &, double);        //スカラー倍
const Vector operator/(const Vector &, double);        // 実数で割り算
const Matrix operator+(const Matrix &, const Matrix &);// 行列の和
const Matrix operator-(const Matrix &, const Matrix &);// 行列の差



class Matrix{
    friend ostream &operator<<(ostream &, const Matrix &);
    friend istream &operator>>(istream &, Matrix &);
    friend const Matrix operator*(const Matrix &, const Matrix &);// 行列の積
    friend const Vector operator*(const Matrix &, const Vector &); //行列＊ベクトル
    friend const Vector operator*(const Vector &, const Matrix &); //ベクトル＊行列
    friend bool operator==(const Matrix &, const Matrix &);// 行列が等しいか判定
    friend bool operator!=(const Matrix &, const Matrix &);// 等しくないか判定

public:
    explicit Matrix(int = 0, int = 0);// デフォルトコンストラクタ
    Matrix(const Matrix &);// コピーコンストラクタ
    ~Matrix();              // デストラクタ
    void setSize(int, int);// 行列のサイズを設定する
    int getRow() const { return Row;}// 行数を取得
    int getCol() const { return Col;}// 列数を取得
    Matrix &operator=(const Matrix &);// 行列を代入する
    Vector &operator[](int);          // 添え字演算子
    const Vector &operator[](int) const;// 添え字演算子（constオブジェクト）
    Matrix &operator+=(const Matrix &);
    Matrix &operator-=(const Matrix &);
    Matrix &operator*=(const Matrix &);
    void cleanup(); // 微少要素の消去
    void swap(int, int); // 行の交換

private:
    Vector *ptr;// 行ベクトルへのポインタ
    int Row;    // 行の数
    int Col;    // 列の数

    // ユーティリティ関数
    void new_matrix();// 行列の領域を確保する
    void del_matrix();// 領域を開放する
};

class Vector{
    friend ostream &operator<<(ostream &, const Vector &);
    friend istream &operator>>(istream &, Vector &);
    friend double operator*(const Vector &, const Vector &);//内積
    friend bool operator==(const Vector &, const Vector &);//等しいかを判定
    friend bool operator!=(const Vector &, const Vector &);// 不等号を判定
    friend const Vector operator*(const Matrix &, const Vector &); //行列＊ベクトル
    friend const Vector operator*(const Vector &, const Matrix &); //ベクトル＊行列
    friend const Matrix operator*(const Matrix &, const Matrix &);// 行列の積
    friend void Matrix::cleanup();                    // Matrixクラスのメンバ関数
    friend void Matrix::swap(int, int);               // Matrixクラスのメンバ関数
    friend Matrix &Matrix::operator*=(const Matrix &);// Matrixクラスのメンバ関数

public:
    explicit Vector(int = 0);       //デフォルトコンストラクタ
    Vector(const Vector &);         //コピーコンストラクタ
    Vector(const double *, int);    // 配列で初期化
    ~Vector();                      //デストラクタ
    void setSize(int);//ベクトルのサイズを設定する
    int getSize() const { return Dim;} //ベクトルのサイズを返す
    Vector &operator=(const Vector &); //ベクトルを代入する
    double &operator[](int);           // 添え字演算子
    const double &operator[](int) const;// 添え字演算子（constオブジェクト）
    const Vector operator-() const { return -1.0*(*this);} // (-1)ベクトル
    Vector &operator*=(double);
    Vector &operator/=(double);
    Vector &operator+=(const Vector&);
    Vector &operator-=(const Vector&);
    double norm() const;                // ノルムを求める
    const Vector &Vector::normalize();  // ベクトルの規格化
    void cleanup(); // 微少要素の消去

private:
    double *ptr; //ベクトルの先頭要素へのポインタ
    int Dim;     //ベクトルの次元

    // ユーティリティ関数
    void new_vector();// 領域を確保する
    void del_vector();// 領域を開放する
};


//非const Matrixオブジェクトの添え字演算子
inline Vector &Matrix::operator[](int index)
{
    assert( index >= 0  && index < Row );
    return ptr[index];
}

//const Matrixオブジェクトの添え字演算子
inline const Vector &Matrix::operator[](int index) const
{
    assert( index >= 0  && index < Row );
    return ptr[index];
}

//非const Vectorオブジェクトの添え字演算子
inline double &Vector::operator[](int index)
{
    assert( index >= 0  && index < Dim );
    return ptr[index];
}

//const Vectorオブジェクトの添え字演算子
inline const double &Vector::operator[](int index) const
{
    assert( index >= 0  && index < Dim );
    return ptr[index];
}

#endif

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