C++中Matrix类创建及指定成员函数定义实现（面向初学者）

以下是针对需求编写的Matrix类完整代码，包含所有指定成员函数的实现，代码注释清晰，适合初学者理解：

#include <iostream>
using namespace std;

class Matrix {
private:
    int rows;    // 矩阵行数
    int cols;    // 矩阵列数
    int** data;  // 动态二维数组存储矩阵元素

    // 辅助函数：释放已分配的内存
    void freeMemory() {
        if (data != nullptr) {
            for (int i = 0; i < rows; i++) {
                delete[] data[i];
            }
            delete[] data;
            data = nullptr;
        }
        rows = 0;
        cols = 0;
    }

    // 辅助函数：分配内存并初始化为0
    void allocateMemory(int r, int c) {
        freeMemory();
        rows = r;
        cols = c;
        data = new int*[rows];
        for (int i = 0; i < rows; i++) {
            data[i] = new int[cols](); // 括号确保元素初始化为0
        }
    }

public:
    // 默认构造函数
    Matrix() : rows(0), cols(0), data(nullptr) {}
    // 带参数的构造函数
    Matrix(int r, int c) { allocateMemory(r, c); }
    // 析构函数：防止内存泄漏
    ~Matrix() { freeMemory(); }
    // 拷贝构造函数
    Matrix(const Matrix& other) {
        allocateMemory(other.rows, other.cols);
        for (int i = 0; i < rows; i++) {
            for (int j = 0; j < cols; j++) {
                data[i][j] = other.data[i][j];
            }
        }
    }
    // 拷贝赋值运算符
    Matrix& operator=(const Matrix& other) {
        if (this != &other) {
            allocateMemory(other.rows, other.cols);
            for (int i = 0; i < rows; i++) {
                for (int j = 0; j < cols; j++) {
                    data[i][j] = other.data[i][j];
                }
            }
        }
        return *this;
    }

    // 要求实现的成员函数声明
    void set();
    void set(int val);
    void set(int r, int c);
    void set(int r, int c, int val);
    void set(const Matrix& other);
    
    void print() const;
        
    int isSqrMatrix() const;
    int isNullMatrix() const;
    int isUnitMatrix() const;
    int isIdentityMatrix() const;
    int isSymeticMatrix() const;
    int Equals(const Matrix other) const;
};

成员函数具体实现 #

1. void set() #

手动输入矩阵的行数、列数和所有元素值

void Matrix::set() {
    int r, c;
    cout << "输入矩阵行数: ";
    cin >> r;
    cout << "输入矩阵列数: ";
    cin >> c;

    allocateMemory(r, c);

    cout << "输入矩阵元素（按行依次输入）:" << endl;
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            cin >> data[i][j];
        }
    }
}

2. void set(int val) #

将矩阵所有元素设置为指定值（若矩阵未初始化，默认创建1x1矩阵）

void Matrix::set(int val) {
    if (rows == 0 || cols == 0) {
        allocateMemory(1, 1);
    }
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            data[i][j] = val;
        }
    }
}

3. void set(int r, int c) #

创建r行c列的空矩阵（所有元素初始化为0）

void Matrix::set(int r, int c) {
    allocateMemory(r, c);
}

4. void set(int r, int c, int val) #

创建r行c列的矩阵，并将所有元素设置为指定值val

void Matrix::set(int r, int c, int val) {
    allocateMemory(r, c);
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            data[i][j] = val;
        }
    }
}

5. void set(const Matrix& other) #

将当前矩阵复制为传入矩阵的副本

void Matrix::set(const Matrix& other) {
    *this = other; // 直接调用已实现的拷贝赋值运算符
}

6. void print() const #

格式化打印矩阵内容

void Matrix::print() const {
    if (rows == 0 || cols == 0) {
        cout << "空矩阵" << endl;
        return;
    }
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            cout << data[i][j] << "\t";
        }
        cout << endl;
    }
}

7. int isSqrMatrix() const #

判断是否为方阵（行数等于列数），是返回1，否则返回0

int Matrix::isSqrMatrix() const {
    return (rows == cols) ? 1 : 0;
}

8. int isNullMatrix() const #

判断是否为零矩阵（所有元素均为0），是返回1，否则返回0

int Matrix::isNullMatrix() const {
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            if (data[i][j] != 0) {
                return 0;
            }
        }
    }
    return 1;
}

9. int isUnitMatrix() const #

判断是否为单位矩阵（方阵，主对角线为1，其余为0），是返回1，否则返回0

int Matrix::isUnitMatrix() const {
    if (!isSqrMatrix()) {
        return 0;
    }
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            if ((i == j && data[i][j] != 1) || (i != j && data[i][j] != 0)) {
                return 0;
            }
        }
    }
    return 1;
}

10. int isIdentityMatrix() const #

与单位矩阵为同一概念，直接复用isUnitMatrix的实现

int Matrix::isIdentityMatrix() const {
    return isUnitMatrix();
}

11. int isSymeticMatrix() const #

判断是否为对称矩阵（方阵，且data[i][j] == data[j][i]），是返回1，否则返回0

int Matrix::isSymeticMatrix() const {
    if (!isSqrMatrix()) {
        return 0;
    }
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = i + 1; j < cols; j++) {
            if (data[i][j] != data[j][i]) {
                return 0;
            }
        }
    }
    return 1;
}

12. int Equals(const Matrix other) const #

判断当前矩阵与传入矩阵是否完全相同（行数、列数、所有元素均一致），是返回1，否则返回0

int Matrix::Equals(const Matrix other) const {
    if (rows != other.rows || cols != other.cols) {
        return 0;
    }
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            if (data[i][j] != other.data[i][j]) {
                return 0;
            }
        }
    }
    return 1;
}

测试示例 #

int main() {
    Matrix m1;
    m1.set(); // 手动输入矩阵
    cout << "\n你输入的矩阵是:" << endl;
    m1.print();

    Matrix m2;
    m2.set(3, 3, 0); // 创建3x3零矩阵
    cout << "\n3x3零矩阵:" << endl;
    m2.print();
    cout << "是否为零矩阵: " << (m2.isNullMatrix() ? "是" : "否") << endl;

    Matrix m3;
    m3.set(3,3);
    m3.set(0,0,1);
    m3.set(1,1,1);
    m3.set(2,2,1);
    cout << "\n3x3单位矩阵:" << endl;
    m3.print();
    cout << "是否为单位矩阵: " << (m3.isUnitMatrix() ? "是" : "否") << endl;

    Matrix m4;
    m4.set(m3); // 拷贝m3的内容
    cout << "\n拷贝后的矩阵是否和m3相等: " << (m4.Equals(m3) ? "是" : "否") << endl;

    return 0;
}

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Mohit