【C++】重载二维数组下标 [ ][ ]

写在文章开头的话
读完这篇文章后，你将学习到下面的知识：
（1）一个多维数组是如何工作的
（2）如何重载二维数组下标

1. 分析

重载一维数组下标很简单，通过下标传入的索引值，返回内部数组中相应的值。那重载二维数组的下标运算呢？

其实重载二维和一维本质是一样的，因为 C/C++ 中所谓的 “二维或多维数组”都是由简单的一维数组表示的。举个例子哈：

下面是两个 int 数组，第（1）个是熟悉的一维数组，第（2）个是熟悉的二维数组，现在你要做的就是将第（2）个数组看成是一个一维数组。

（1）int array[3];          

（2）int array[3][4];

怎么看？可以在头脑中将第（2）个数组数组看成如下定义的方式， 数组 array 包含 3 个元素，其中每个元素又都是一个数组类型（或者说是一个指针类型）。

typedef int T[4];

T array[3];

至于更高维数的数组，也是这样看，比如如下的三维数组，可以采用下面的方式来定义。

int array[3][4][5];
typedef int T1[5];
typedef T1 T2[4];
T2 array[3];

由于实际中二维数组用的较多，所以，下面主要是练习二维数组的下标重载。那重载二维数组的下标有什么好处呢？最大的好处就在于可以使代码简洁直观。

我在网上也看到过一些别人的实现方法，其中在 文章（ http://edu.gamfe.com/tutor/d/24416.html）中就提到了一种重载方法，使用一维数组来表示二维数组，这是大多数的实现方法，但是其实现过程过于复杂，其构建了两个类，分别用来获取行和列，然后计算出指定的二维下标对应的内部一维数组的值并返回。

下面介绍我自己写重载二维下标实现方式，不一定最好，但比上面提到的方式要好。

2. 重载固定维数的二维数组下标

对于固定维数的二维数组下标重载，一般在像3D图形方面经常涉及到一些平移转换矩阵时用到，这里以 4 * 4 的矩阵为例，实现代码如下：

struct Matrix4f
{
    float m[4][4];

    float * const operator[](const int i)
    {
        return m[i];
    }
};

测试赋值和取值操作，均正常：

Matrix4f m;
    m[0][0] = 1.0f;
    m[1][1] = 9.9f;
    cout << m[0][0] << endl;          // 1
    cout << m[1][1] << endl;          // 9.9

3. 重载维数可变的二维数组下标

对于可变的二维数组下标重载，在数组初始化时指定维数，之后可以像一般的二维数组进行赋值和取值操作，采用模板实现，代码如下：

template 
class Matrix
{
public:
    Matrix(int row, int col)
        :m_row(row), m_col(col), m_data(nullptr)
    {
        m_data = new T[m_row * m_col];
    }

    ~Matrix()
    {
        if (m_data != nullptr)
        {
            delete[] m_data;
            m_data = nullptr;
        }
    }
    
     // 返回二维数组的第 k 行地址
    T * operator[](int k)
    {
        return &m_data[k * m_col];
    }

private:
    int m_row;
    int m_col;
    T *m_data;
};

测试赋值和取值操作：

Matrix m2(3, 4);
m2[0][0] = 2;
m2[2][3] = 9;
cout << m2[0][0] << endl;          // 2
cout << m2[2][3] << endl;          // 9

和一般的二维数组一样没有越界检查，所以越界操作也是可以的，但是尽量使用前检查索引是否越界，以免引发未知错误。

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