3.4.8 機能拡張された行列クラスの実装

　ここまでの、新しいバージョンのクラス定義と内部実装を以下に示します。

// matrix13.h // Matrixクラス インターフェイス部 #ifndef MATRIX13_H #define MATRIX13_H #include <iostream.h> #include <iomanip.h> #include <stdlib.h> class Matrix{ friend ostream &operator<<(ostream &, const Matrix &); friend istream &operator>>(istream &, Matrix &); public: 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 &); // 代入演算子 private: double **ptr; // 要素へのポインタ 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 }; #endif

                            ソースファイル  （matrix13.h）
及び、メンバ関数定義部は次のようになります。

// matrix13.cpp // Matrixクラス メンバー関数定義部 // コンストラクタでメンバー初期化リストを使う #include "matrix13.h" // デフォルトコンストラクタ Matrix::Matrix(int row, int col) : Row(row), Col(col) { new_matrix(); // 行列の領域確保 for(int i = 0; i < Row; i++)//要素を０に設定 for(int j = 0; j < Col; j++) ptr[i][j] = 0.0; } // コピーコンストラクタ Matrix::Matrix(const Matrix &init) : Row(init.Row), Col(init.Col) { new_matrix(); // 行列の領域確保 for(int i = 0; i < Row; i++)//要素を代入 for(int j = 0; j < Col; j++) ptr[i][j] = init.ptr[i][j]; } // デストラクタ Matrix::~Matrix() { del_matrix(); } // 行列のサイズを設定する void Matrix::setSize(int row, int col) { del_matrix(); // 行列の領域解放 Row = row; Col = col; new_matrix(); // 行列の領域確保 for(int i = 0; i < Row; i++)//要素を０に設定 for(int j = 0; j < Col; j++) ptr[i][j] = 0.0; } // 行列の領域を確保する void Matrix::new_matrix() { if(Row <= 0 || Col <= 0){ Row = 0; Col = 0; ptr = 0; return; } ptr = new double *[Row];//行の設定 if(ptr == 0){ cout << "エラー：領域確保に失敗しました。\n"; abort(); } for(int i = 0; i < Row; i++){//列の設定 ptr[i] = new double[Col]; if(ptr[i] == 0){ while(--i) delete [] ptr[i]; delete [] ptr; cout << "エラー：領域確保に失敗しました。\n"; abort(); } } } // 領域を開放する void Matrix::del_matrix() { for(int i = 0; i < Row; i++)// 列を解放 delete [] ptr[i]; delete [] ptr; //行を解放 } istream& operator>>(istream& input, Matrix& a) { cout << a.Row << " 行" << a.Col << " 列の行列要素を入力してください" << endl; for(int i = 0; i < a.Row; i++) for(int j = 0; j < a.Col; j++){ cout << (i+1) << " 行" << (j+1) << " 列： "; input >> a.ptr[i][j]; } return input; } ostream& operator<<(ostream& output, const Matrix& a) { output.setf(ios::scientific); // 科学表記法 for(int i = 0; i < a.Row; i++){ for(int j = 0; j < a.Col; j++){ output << setw(15) << a.ptr[i][j]; if( !( (j+1) % 5 ) ) output << endl; } if( a.Col % 5 ) output << endl; } return output; } //多重定義された代入演算子 Matrix &Matrix::operator=(const Matrix &right) { if(this != &right){ //自己代入をチェックする if( (Row != right.Row) || (Col != right.Col) ) setSize(right.Row, right.Col); for(int i = 0; i < Row; i++) for(int j = 0; j < Col; j++) ptr[i][j] = right.ptr[i][j]; } return *this; // x = y = zと書けるようにする }

                            ソースファイル  （matrix13.cpp）
　次の簡単なテスト・プログラム lst03_10.cpp で機能確認をしましょう。

// lst03_10.cpp //Matrixクラスの入出力機能をテストする //Matrix13.cppと一緒にコンパイルする #include <iostream.h> #include "Matrix13.h" int main() { Matrix a(3,4); cin >> a; cout << a << endl; Matrix b; b = a; // 代入 cout << b << endl; return 0; }

[実行結果]            ソースファイル  ( lst03_10.cpp )

3 行4 列の行列要素を入力してください 1 行1 列： 1.1 1 行2 列： 1.2 1 行3 列： 1.3 1 行4 列： 1.4 2 行1 列： 2.1 2 行2 列： 2.2 2 行3 列： 2.3 2 行4 列： 2.4 3 行1 列： 3.1 3 行2 列： 3.2 3 行3 列： 3.3 3 行4 列： 3.4 1.100000e+00 1.200000e+00 1.300000e+00 1.400000e+00 2.100000e+00 2.200000e+00 2.300000e+00 2.400000e+00 3.100000e+00 3.200000e+00 3.300000e+00 3.400000e+00 1.100000e+00 1.200000e+00 1.300000e+00 1.400000e+00 2.100000e+00 2.200000e+00 2.300000e+00 2.400000e+00 3.100000e+00 3.200000e+00 3.300000e+00 3.400000e+00

このプログラムでは、３行４列の行列を作成し、ストリーム入力演算子を使って、行列 
要素をキーボードから入力します。それからストリーム出力演算子を使って行列要素を 
標準出力します。また、代入演算子を使って行列のコピーを作り、代入結果を出力して 
います。 
　この様にストリーム演算子を多重定義することで、例えばファイルからの入出力が可 
能となるように、クラスオブジェクトの振る舞いをカスタマイズすることもできます。 

　上のメンバ関数の実装で、（デフォルト）コンストラクタの定義が少しだけ変更され 
ていることに注目しましょう。以前のものと比較すると、 

// 以前のバージョンのコンストラクタ 
Matrix::Matrix(int row, int col) 
{ 
    Row = row;  // 代入 
    Col = col;  // 代入 
    new_matrix(); 

    for(int i = 0; i < Row; i++) 
        for(int j = 0; j < Col; j++) 
            ptr[i][j] = 0.0; 
} 

// 今度のバージョンのコンストラクタ 
Matrix::Matrix(int row, int col) : Row(row), Col(col) 
{ 
    new_matrix(); 

    for(int i = 0; i < Row; i++) 
        for(int j = 0; j < Col; j++) 
            ptr[i][j] = 0.0; 
} 

この違いは、以前のバージョンではデータメンバを初期化した後に代入しているのに対 
して、今度のバージョンではデータメンバを初期化して与えています。同様な別の例を 
示すと、 

int data1 = 10; // 初期化 
int data2;      // 初期化（ただし値は不定） 
data2 = data1;  // 代入 

data1は、int型の記憶領域が作成されるときに値１０がセットされます（初期化）。一 
方data2では、int型の記憶領域が作成されて、その後値１０が代入されます（代入）。 

　クラスのオブジェクトが生成される時には、次の２つのステップで行われます。 

（１）データメンバの初期化 
（２）コンストラクタの起動 

つまり、コンストラクタが呼ばれる前にオブジェクトのデータメンバは作成されていま 
す。以前のバージョンでは、既に作成されたデータに対してコンストラクタの中で代入 
を行っています。一方、今度のバージョンではコンストラクタが呼ばれる前にデータメ 
ンバは初期化されています。 
　これをメンバ初期設定子（初期化リスト）といいます。メンバ初期設定子の使い方
は、コンストラクタの引数リストの後に、コロン（：）を付けてメンバをカンマで区切 
って並べます。「 : Row(row), Col(col)」では、Rowが値 rowで、Col が値 colで
初期化されます。メンバ初期設定子を使う方が効率の観点から優れています。 

　特に、クラスによってはメンバ初期設定子が必ず必要な場合があります。例えばクラ 
スが、定数変数（や定数オブジェクト）をデータメンバに持つ場合です。 

class X{ 
public: 
    X(int i = 0) : Data(i) { } //メンバ初期設定子で初期化 

private: 
    const int Data; // 定数 

}; 

では、データメンバDataは定数です。つまり代入ができません。これはコンストラクタ 
の中でも代入できません。このクラスのコンストラクタをメンバ初期設定子を使わない 
で、 

X::X(int i) { Data = i; } // エラー 

で定義すると、次のようにコンパイルエラーになります(Borland C++ Builderの場合)。

Warning W8038 test.cpp 4: Constant member 'X::Data' is not initialized     
in function X::X(int)                                                      
Error E2024 test.cpp 4: Cannot modify a const object in function X::X(int) 
*** 1 errors in Compile ***

最初の警告（Warning）では、定数メンバが初期化されていないため（コンパイラによっ 
てはエラーとする）。２番目のエラーはコンストラクタのなかで、定数メンバへの代入が 
行われたからです。 
  

[演習問題 3.4] 演習問題3.1で作成したベクトルを表現するクラス Vectorに 
　　　　　　　代入演算子と入出力演算子を多重定義して実装しなさい。 
               また、オブジェクトを配列で初期化するコンストラクタを実 
　　　　　　　装しなさい。 
　　　　　　　　回答：インターフェース部（ vector02.h ） 
　　　　　　　　　　　実装部（ vector02.cpp ） 

[演習問題 3.5] 演習問題3.4で作成したクラスをテストするプログラム 
　　　　　　　を書きなさい。 
　　　　　　　回答：（ ex03_02.cpp ）