一、介紹Boost.MultiArray

Boost.MultiArray

Boost.MultiArray 是一個簡化使用多維數組的庫。最重要的優點是多維數組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訪問多維數組中的元素。迭代器比通常用于 C 數組的指針更易于使用，尤其是對于具有多個維度的數組。

二、示例

示例 19.1。帶有 boost::multi_array 的一維數組

#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] = '\0';
  std::cout << a.origin() << '\n';
}

Boost.MultiArray 提供類 boost::multi_array 來創建數組。這是提供的最重要的類。它在 boost/multi_array.hpp 中定義。

boost::multi_array 是一個需要兩個參數的模板：第一個參數是要存儲在數組中的元素的類型。第二個參數確定數組應該有多少維。

第二個參數只設置維度的數量，而不是每個維度中的元素數量。因此，在示例 19.1 中，a 是一維數組。

維度中的元素數量是在運行時設置的。示例 19.1 使用全局對象 boost::extents 來設置維度大小。該對象被傳遞給 a 的構造函數。

boost::multi_array 類型的對象可以像普通的 C 數組一樣使用。通過將索引傳遞給 operator[] 來訪問元素。示例 19.1 將五個字母和一個空字符存儲在 a - 一個包含六個元素的一維數組中。 origin() 返回指向第一個元素的指針。該示例使用此指針將存儲在數組中的單詞 -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，程序將使用 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。

示例 19.2。二維數組的視圖和子數組

#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 創建一個二維數組。第一個維度中的元素數設置為 2，第二個維度中的元素數設置為 6。將數組視為具有兩行六列的表。

表的第一行將包含單詞 Boost。由于這個詞只需要存儲五個字母，因此創建了一個視圖，該視圖正好跨越數組的五個元素。

基于類 boost::multi_array::array_view 的視圖允許您訪問數組的一部分并將該部分視為單獨的數組。

boost::multi_array::array_view 是一個模板，它將視圖中的維數作為模板參數。在示例 19.2 中，視圖的維數為 1。由于數組 a 有兩個維度，因此忽略了一個維度。為了省去Boost這個詞，一維數組就足夠了；更多的維度會令人困惑。

與 boost::multi_array 一樣，維數作為模板參數傳入，每個維的大小在運行時設置。但是，對于 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 提供的另一個全局對象。

與 boost::extents 一樣，索引必須傳遞給 boost::indices。雖然只能將數字傳遞給 boost::extents，但 boost::indices 也接受范圍。這些是使用 boost::multi_array_types::index_range 定義的。

在示例 19.2 中，傳遞給 boost::indices 的第一個參數不是范圍，而是數字 0。傳遞數字時，您不能使用 boost::multi_array_types::index_range。在示例中，視圖將采用 a 的第一個維度——索引為 0 的維度。

對于第二個參數，boost::multi_array_types::index_range 用于定義范圍。通過將 0 和 5 傳遞給構造函數，a 的第一個維度的前五個元素可用。范圍從索引 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，視圖是一個由五個元素組成的一維數組——a 的第一行中的前五個元素。當訪問視圖以使用 std::memcpy() 復制字符串并使用 std::reverse() 反轉元素時，這種關系無關緊要。創建視圖后，它就像一個具有五個元素的獨立數組。

當對 boost::multi_array 類型的數組調用 operator[] 時，返回值取決于

方面。在示例 19.1 中，運算符返回 char 元素，因為訪問的數組是一維的。

在示例 19.2 中，a 是一個二維數組。因此，operator[] 返回子數組而不是 char 元素。因為子數組的類型不是公開的，所以必須使用 boost::multi_array::reference。此類型與 boost::multi_array::array_view 不同，即使子數組的行為類似于視圖。視圖必須明確定義并且可以跨越數組的任意部分，而子數組由 operator[] 自動返回并跨越每個維度中的所有元素。

示例 19.3。使用 boost::multi_array_ref 包裝 C 數組

#include <boost/multi_array.hpp>
#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <cstring>
int main()
{
  char c[12] =
  {
    't', 's', 'o', 'o', 'B', '\0',
    'C', '+', '+', '\0', '\0', '\0'
  };
  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 數組。在示例 19.3 中，a 提供與 boost::multi_array 相同的接口，但不分配內存。使用 boost::multi_array_ref，一個 C 數組——不管它有多少維——都可以被視為一個 boost::multi_array 類型的多維數組。 C 數組只需要作為附加參數添加到構造函數中。

Boost.MultiArray 還提供了 boost::const_multi_array_ref 類，它將 C 數組視為常量多維數組。