一个矩阵操作类

一个处理矩阵的类，没有用到任何第三方类库。实现了转置，求逆等功能。

这里需要感谢

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//文件名：CMatrix.cpp
//功  能：矩阵类CMatrix的实现
//原作  者：01计机(1)班  何海强  200124151109

//
//修改者： 同济大学    艾智杰   
// 逆矩阵的算法参考了lwanttowin回答帖子时候使用的代码，在此表示感谢。
// http://www.programfan.com/club/showpost.asp?id=124327&t=o
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#ifndef __CMATRIX__
#define __CMATRIX__

class CMatrix //矩阵类
{
public:
    //构造函数、析构函数、拷贝构造函数、赋值运算符
    CMatrix(int row, int col);
    ~CMatrix();
    CMatrix(const CMatrix &rhs);
    CMatrix& operator=(const CMatrix &rhs);

public:
    //填充矩阵
    bool setMatrix(const double *array, int size);
    //获取矩阵中的所有元素
    bool getMatrix(double *array, int size);
    //获取矩阵的行数
    void getRow(int &row);
    //获取矩阵的列数
    void getCol(int &col);
    //显示矩阵
    bool display(void);

public:
    //矩阵相加
    bool Add(const CMatrix &rhs);
    //矩阵相减
    bool Minus(const CMatrix &rhs);
    //矩阵相乘
    bool Multiply(const CMatrix &rhs);
    //常数与矩阵相乘
    bool Multiply(const double constant);


public:
    //矩阵转置，结果保存在rhs中
    bool TransposeMatrix();

    //求逆矩阵，结果保存在rhs中
    bool InverseMatrix();

private:
    bool ContraryMatrix(double *const pMatrix, double *const _pMatrix, const int &dim);
    CMatrix(){}

private:
    double *m_matrix; //指向矩阵的指针
    int    m_row; //矩阵的行数
    int    m_col; //矩阵的列数
};


#endif

 

 

 

#include <iostream>
#include "CMatrix.h"
#include <math.h>

using namespace std;


//一般构造函数
CMatrix::CMatrix(int row, int col)
:m_matrix(NULL), m_row(0), m_col(0)
{
    int length = 0;

    //判断行数与列数是否合乎规定
    if ((row < 1) || (col < 1))
    {
        return;
    }

    length = row * col;

    m_matrix = new double[length]; //为矩阵分配内存空间
    if (NULL == m_matrix)
    {
        return;
    }
    else
    {
        m_row = row;
        m_col = col;

        //首先用0来填充矩阵里面的所有元素
        memset(m_matrix, 0, length * sizeof(double));
    }

}

//析构函数
CMatrix::~CMatrix()
{
    if (NULL != m_matrix)
    {
        delete [] m_matrix; //释放矩阵所占用的内存
    }
}

//拷贝构造函数
CMatrix::CMatrix(const CMatrix &rhs)
:m_matrix(NULL), m_row(rhs.m_row), m_col(rhs.m_col)
{
    int length = 0;

    if (NULL == rhs.m_matrix) //矩阵rhs为空
    {
        return;
    }

    length = m_row * m_col;

    m_matrix = new double[length]; //为矩阵分配内存空间
    if (NULL == m_matrix)
    {
        m_row = 0;
        m_col = 0;

        return;
    }
    else
    {
        //用rhs矩阵里面的元素来填充本矩阵
        memcpy(m_matrix, rhs.m_matrix, length * sizeof(double) );
    }

}

//赋值运算符
CMatrix& CMatrix::operator=(const CMatrix &rhs)
{
    int length = 0;

    //判断是否自赋值
    if (this != &rhs)
    {
        //释放原矩阵所占用的内存
        delete [] m_matrix;
        m_matrix = NULL;
        m_row = 0;
        m_col = 0;

        //矩阵rhs是否为空
        if (rhs.m_matrix != NULL)
        {
            length = rhs.m_row * rhs.m_col;

            m_matrix = new double [length]; //为矩阵分配内存空间
            if (m_matrix != NULL)
            {
                m_row = rhs.m_row;
                m_col = rhs.m_col;

                //用rhs矩阵里面的元素来填充本矩阵
                memcpy(m_matrix, rhs.m_matrix, length * sizeof(double) );
            }

        } //if ((rhs.m_row > 0) && (rhs.m_col > 0))

    }

    return *this; //返回本对象的引用

}

//填充矩阵
bool CMatrix::setMatrix(const double *array, int size)
{
    if ((NULL == m_matrix) || (NULL == array))
    {
        return false;
    }

    if (size != (m_row * m_col)) //长度不相符
    {
        return false;
    }
    else
    {
        //用数组array里面的值来填充本矩阵
        memcpy(m_matrix, array, size * sizeof(double));

        return true;

    }

}

//获取矩阵中的所有元素
bool CMatrix::getMatrix(double *array, int size)
{
    int length = 0;

    if (    (NULL == m_matrix) 
        ||  (NULL == array)
        ||  (size != m_col * m_row))
    {
        return false;
    }
    else
    {
        length = m_row * m_col;

        //用数组array来返回本矩阵中所有元素值
        memcpy(array, m_matrix, length * sizeof(double) );

        return true;

    }

}

//获取矩阵的行数
void CMatrix::getRow(int &row)
{
    row = m_row;
}

//获取矩阵的列数
void CMatrix::getCol(int &col)
{
    col = m_col;
}

//显示矩阵
bool CMatrix::display(void)
{
    if (NULL == m_matrix) //本矩阵为空
    {
        return false;
    }
    else
    {
        //按行输出矩阵
        for (int row = 0; row < m_row; ++row)
        {
            for (int col = 0; col < m_col; ++col)
            {
                cout << m_matrix[row * m_col + col] << '\t'; //同一行中的矩阵元素之间用一个tab 隔开
            }

            cout << '\n'; //准备输出下一行

        }

        return true;

    }

}

//矩阵相加
bool CMatrix::Add(const CMatrix &rhs)
{
    bool b = false;

    //判断两个矩阵的行数与列数是否分别相等
    if ((m_row == rhs.m_row) && (m_col == rhs.m_col))
    {
        if (NULL == m_matrix)
        {
            return b; 
        }
        else
        {
            b = true;

            int length = m_row * m_col;

            for (int index = 0; index < length; ++index)
            {
                m_matrix[index] = m_matrix[index] + rhs.m_matrix[index]; //相加
            }

        } //if ((m_row < 1) || (m_col < 1))
        
    }

    return b;
}

//矩阵相减
bool CMatrix::Minus(const CMatrix &rhs)
{
    CMatrix temp = rhs;

    temp.Multiply(-1);

    return this->Add(temp);
}

//矩阵相乘
bool CMatrix::Multiply(const CMatrix &rhs)
{
    bool b = false;

    if (m_col == rhs.m_row) //第一个矩阵的列数与第二个矩阵的行数相等
    {
        if (NULL == m_matrix)
        {
            return b;
        }
        else
        {
            b = true;

            CMatrix tempMatrix(m_row, rhs.m_col);

            for (int row = 0; row < m_row; ++row) //行
            {
                for (int col = 0; col < rhs.m_col; ++col) //列
                {
                    for (int index = 0; index < m_col; ++index)
                    {
                        tempMatrix.m_matrix[row*rhs.m_col+col] += 
                            (m_matrix[row*m_col+index] * rhs.m_matrix[index*rhs.m_col+col]);
                    }

                }
            }

            // 处理原来数据，包括行与列
            delete [] this->m_matrix;
   
            m_col = rhs.m_col;
            m_matrix = new double [m_row*m_col];

            memcpy(m_matrix, tempMatrix.m_matrix, m_col * m_row * sizeof(double) );

        } //if (NULL == m_matrix)

    }

    return b;

}

//常数与矩阵相乘
bool CMatrix::Multiply(const double constant)
{
    bool b = false;

    //本矩阵是否为空
    if (NULL == m_matrix)
    {
        return b;
    }
    else
    {
        b = true;

        int length = m_row * m_col;

        for (int index = 0; index < length; ++index)
        {
            this->m_matrix[index] = m_matrix[index] * constant; //矩阵元素与常数相乘
        }
    }

    return b;
}


//矩阵转置，结果保存在rhs中
bool CMatrix::TransposeMatrix()
{
    if (this->m_matrix == NULL)
    {
        return false;
    }

    CMatrix temp(m_row, m_col);

    for (int i = 0; i < m_row; i++)
    {
        for (int j = 0; j < m_col;j++)
        {
            *(temp.m_matrix + j * m_col + i) = *(m_matrix + i * m_col + j);
        }
    }

    memcpy( this->m_matrix, temp.m_matrix, m_row * m_col * sizeof(double) );

    return true;
}

//求逆矩阵，结果保存在rhs中
bool CMatrix::InverseMatrix()
{
    bool b = false;
    if (m_col != m_row)
    {
        // 不是方阵
        return b;
    }

    b = ContraryMatrix(this->m_matrix, this->m_matrix, m_col);
    
    return b;
}

//求pMatrix的逆矩阵，并存结果于矩阵_pMatrix中
bool CMatrix::ContraryMatrix(double *const pMatrix, double *const _pMatrix, const int &dim)
{ 
    bool b = true;

    double *tMatrix = new double[2*dim*dim];
    for (int i=0; i<dim; i++){
        for (int j=0; j<dim; j++)
            tMatrix[i*dim*2+j] = pMatrix[i*dim+j];        
    }
    for (int i=0; i<dim; i++){
        for (int j=dim; j<dim*2; j++)
            tMatrix[i*dim*2+j] = 0.0;
        tMatrix[i*dim*2+dim+i]  = 1.0;        
    }
    //Initialization over!
    for (int i=0; i<dim; i++)//Process Cols
    {
        double base = tMatrix[i*dim*2+i];
        if (fabs(base) < 1E-300){
            cout << endl << "zero is divied!" << endl;
            b = false;
            return b;
        }
        for (int j=0; j<dim; j++)//row
        {
            if (j == i) continue;
            double times = tMatrix[j*dim*2+i]/base;
            for (int k=0; k<dim*2; k++)//col
            {        
                tMatrix[j*dim*2+k] = tMatrix[j*dim*2+k] - times*tMatrix[i*dim*2+k];
            }
        }        
        for (int k=0; k<dim*2; k++){
            tMatrix[i*dim*2+k] /= base;
        }
    }
    for (int i=0; i<dim; i++)
    {
        for (int j=0; j<dim; j++)
            _pMatrix[i*dim+j] = tMatrix[i*dim*2+j+dim];        
    }    
    delete[] tMatrix;

    return b;
}

////////////////////////////////////////////////////////////////