Examen 02

En cada ejercicio se evaluará la eficiencia del código, el uso de identificadores significativos, la indentación, escritura correcta de llaves {} y el uso adecuado de la palabra reservada const. Se dispone de dos horas para entregar la prueba y debe realizarse en forma estrictamente individual.

Escriba en C++ una clase Matriz (o preferiblemente en inglés Matrix) para representar matrices de dos dimensiones de valores reales. Debe implementar al menos los siguientes miembros.

1. [5%] Miembros de datos. Debe almacenar los valores reales de la matriz en memoria dinámica. Tenga en cuenta que la expresión new double[n][m] no es válida en C++.
2. [5%] Constructor por defecto. Crea una matriz no válida de tamaño 0x0, también llamada matriz nula. Útil para indicar resultados de operaciones no válidas. Debe imprimirse como "(null)", sin las comillas.
3. [5%] Matrix(n,m). Crea una matriz de n filas por m columnas de valores reales inicializados en 0. Si alguno de los valores n ó m son cero, crea una matriz nula.
4. [15%] Sobrecargas fundamentales para manejo de memoria dinámica. Dado que la clase Matrix utiliza memoria dinámica, debe evitar fugas de memoria o accesos inválidos a toda costa.
5. [5%] Operador de conversión a booleano. Si una matriz se usa en un contexto booleano, debe evaluarse como false si es la matriz nula, true en cualquier otro caso. Operador ! se evalúa como true si la matriz es nula, false en cualquier otro caso.
6. [5%] Métodos rows() y cols(). Retornan la cantidad de filas y columnas en la matriz.
7. [10%] Operador (i,j). Sobrecarga del operador paréntesis para acceder al valor (i,j) de la matriz. Debe tener sus dos variantes: acceso en modo sólo lectura y en modo escritura. Asume que los índices i y j son válidos. Es decir, si se utilizan valores fuera de rango hará que el programa se caiga. El mismo comportamiento si se invoca este operador en una matriz nula.
8. [10%] Operador + y Operador -. Permite sumar o restar dos objetos matriz del mismo tamaño. Si son de distinto tamaño se producirá la matriz nula. La suma de dos matrices Anxm + Bnxm es una matriz Cnxm resultado de sumar cada entrada respectiva de ambas matrices. De forma análoga la resta de dos matrices es la resta de sus respectivas entradas. Es decir: $$ A_{n \times m} + B_{n \times m} = C_{n \times m} \Longrightarrow c_{ij} = a_{ij} + b_{ij}$$ $$ A_{n \times m} - B_{n \times m} = C_{n \times m} \Longrightarrow c_{ij} = a_{ij} - b_{ij}$$.
9. [10%] Producto por un escalar. Con el operador *. El producto de una matriz Anxm con un real r es una matriz Cnxm resultado de multiplicar r por cada entrada de A. Debe implementar esta operación en forma conmutiativa. Matemáticamente: $$ r * A_{n \times m} = C_{n \times m} \Longrightarrow c_{ij} = r * a_{ij}$$.
10. [15%] Producto de dos matrices. También con el operador *. El producto de una matriz Anxm con una matriz Bmxp es una matriz Cnxp, denotado por: $$ A_{n \times m} \times B_{m \times p} = C_{n \times p} \Longrightarrow c_{ij} = \sum_{k=1}^{m} a_{ik} b_{kj} $$ Note las restricciones de tamaño que deben cumplir las matrices para poderse multiplicar, de lo contrario, se debe retornar la matriz nula.
11. [5%] Operador += y operador -=. Permiten sumar y restar una matriz con otra y almacenar el resultado en la matriz que aparece en el lado izquierdo del operador. El operador *= permite multiplicar la matriz por un escalar o por otra matriz y almacenar el resultado en la matriz que aparece en el lado izquierdo del operador. Puede implementar estos métodos en forma ineficiente.
12. [10%] operator >>: permite leer una matriz de un archivo. No debe imprimir nada en la salida estándar, sólo leer las entradas una tras otra del archivo. Operador <<: imprime la matriz a un archivo separando las entradas un tabulador y las filas por cambios de línea. Para efectos de este examen, el operador << no debe tener acceso directo a los miembros de la clase.

Su clase Matrix debe hacer funcionar el siguiente main():

> n; cin.ignore(); cin >> m;
	Matrix m1(n, m);
	cin >> m1;

	cout << "Matrix 2 (nxm): ";
	cin >> n; cin.ignore(); cin >> m;
	Matrix m2(n, m);
	cin >> m2;

	cout << "m1 + m2 =" << endl << m1 + m2 << endl;
	cout << "m1 - m2 =" << endl << m1 - m2 << endl;
	cout << ".5 * m2 =" << endl << .5 * m2 << endl;
	cout << "m1 * m2 =" << endl << m1 * m2 << endl;

	return 0;
}]]>

Ejemplos de ejecución:

Matrix 1 (nxm): 2x3
 1  -2   3
-3   0   4

Matrix 2 (nxm): 2x3
 3   0  -4
-1   1   2

m1 + m2 =
 4  -2  -1
-4   1   6

m1 - m2 =
-2  -2   7
-2  -1   2

.5 * m2 =
 1.5 0   -2
-0.5 0.5  1

m1 * m2 =
(null)

Matrix 1 (nxm): 2x3
 1  0  2
-1 -2  1

Matrix 2 (nxm): 3x4
 2  1  3  1
-2 -1  0 -1
 1  0 -1 -3

m1 + m2 =
(null)

m1 - m2 =
(null)

.5 * m2 =
 1    0.5  1.5  0.5
-1   -0.5  0   -0.5
 0.5  0   -0.5 -1.5

m1 * m2 =
4   1   1  -5
3   1  -4  -2