C++如何为列表重载[][]运算符

Question

C++如何为列表重载[][]运算符

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我有一个Matrix类，其中包含一个成员变量std::list<Element> listMatrix;。 Element是一个类，它有3个int类型的成员变量line, column, value。我将矩阵中不为0的元素的行、列和值保存在列表中。我想重载operator [][]，这样我就可以像这样做：Matrix a; a[2][3] = 5;。我知道你不能直接overload [][]。

- Ovidiu Firescu

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OT：你使用 list 的原因是什么？由于数据的局部性（即较少的缓存未命中），vector 很可能更快。而且我不会经常期望矩阵在中间插入元素... - 463035818_is_not_a_number

我需要使用 list 因为问题规定了必须使用列表。 - Ovidiu Firescu

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@formerlyknownas_463035818 我猜这是一个稀疏矩阵格式。 - lisyarus

2个回答

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列表不适合使用下标运算符作为容器，因为它没有直接访问其元素的方法，必须通过移动迭代器来查找。因此，使用该运算符效率低下。

最好使用标准容器 std::vector，它已经具有下标运算符。

尽管如此，回答您的问题，可以按照以下方式定义该运算符。您可以在运算符中添加异常处理，然后索引将指向列表之外的位置。

#include <iostream>
#include <list>

struct A
{
    int x, y, z;
    int & operator []( size_t n ) 
    {
        return n == 0 ? x : n == 1 ? y : z;             
    }

    const int & operator []( size_t n ) const
    {
        return n == 0 ? x : n == 1 ? y : z;             
    }
};

struct B
{
    std::list<A> lst;
    A & operator []( size_t n )
    {
        auto it = std::begin( lst );
        for ( ; n; n-- ) std::advance( it, 1 ); 
        return *it;
    }

    const A & operator []( size_t n ) const
    {
        auto it = std::begin( lst );
        for ( ; n; n-- ) std::advance( it, 1 ); 
        return *it;
    }
};

int main()
{
    B b = { { { 1, 2, 3 }, { 4, 5, 6 }, { 7, 8, 9 } } };

    std::cout << b[0][0] << '\n';
    std::cout << b[0][1] << '\n'; 
    std::cout << b[0][2] << '\n'; 

    b[2][1] += 20;

    std::cout << b[2][1] << '\n'; 
}

程序输出为：

- Vlad from Moscow

我知道列表不太合适，但我需要使用它。此外，程序不能按照我在问题中所需的方式工作。对于您的示例，在列表中只有3个元素b[1][2] b[4][5] b[7][8]，这三个元素的输出应为3 6 9，其余元素应为0，因为它们不在列表中。感谢您的回答。 - Ovidiu Firescu

@Ovidiu Firescu，我展示了如何定义运算符。你可以将这个例子作为你的运算符重载的基础。你在评论中描述的内容与你的问题无关。 - Vlad from Moscow

我明白了，这是一个很好的例子，可以帮助理解如何为列表实现[][]，谢谢。 - Ovidiu Firescu

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可以查看英文原文，
原文链接

- YSC · Accepted Answer

请对 Element& operator()(int, int) （以及其const版本）进行重载，以便您可以编写如下代码：

matrix(2, 3) = 5;

如果你绝对需要使用[2][3]的语法，你需要定义一个代理类，这样matrix[2]就会返回一个代理值，proxy[3]则会返回所需的引用。但这会带来很多问题。基本思路如下：

class naive_matrix_2x2
{
    int data[4];

    struct proxy
    {
          naive_matrix_2x2& matrix;
          int x;
          int& operator[](int y) { return matrix.data[x*2+y]; }
    };
public:
    proxy operator[](int x) { return {*this, x}; }
};

完整演示：https://coliru.stacked-crooked.com/a/fd053610e56692f6