C++，C++/CX に挑戦！

新版明解C++中級編　p.336 演習9-6
　Array<bool>型の配列に対して、対話的に処理を行うプログラムを作成せよ。
演習9-5《254》で作成したメンバ関数 get_vsize も利用すること。

// 解答


// Array.h
#ifndef ___ClassTemplate_Array___
#define ___ClassTemplate_Array___

template <class Type> class Array { };

#endif



// BoolArray.h
// template<> class Array<bool>
// 配列クラステンプレートArray<> を bool型に特殊化
#include <limits>
#include "Array.h"

template<> class Array<bool> {
    typedef unsigned char BYTE;
    static const int CHAR_BITS
        = std::numeric_limits<unsigned char>::digits;
 
    // bool型配列の要素数
    int nelem;

    // bool型配列を格納するためのBYTE型配列の要素数
    int velem;

    // BYTE型先頭要素へのポインタ
    BYTE* vec;

    // バイト型配列要素の必要数を算出
    static int size_of(int sz) {
        return (sz + CHAR_BITS - 1) / CHAR_BITS;
    }

public:
    // 該当バイト中の該当ビットへの参照を表すクラス
    class BitOfByteRef {
        BYTE& vec;      // 参照先BYTE
        int idx;        // 参照先BYTE中のビット番号

    public:
        // コンストラクタ
        BitOfByteRef(BYTE& r, int i)
            : vec(r), idx(i) { }

        // 該当ビットを bool型で返却
        operator bool() const { return (vec >> idx) & 1U; }

        // 該当ビットに true または false をセット
        BitOfByteRef& operator=(bool b) {
            if (b)
                vec |= 1U << idx;
            else
                vec &= ~(1U << idx);
            return *this;
        }
    };

    // 添字範囲エラー
    class IdxRngErr {
        const Array* ident;
        int index;
    public:
        IdxRngErr(const Array* p, int i) : ident(p), index(i) { }
        int Index() const { return index; }
    };

    // コンストラクタ
    explicit Array(int sz, bool v = bool())
        : nelem(sz), velem(size_of(sz)) {
        vec = new BYTE[velem];

        // 全要素を初期化
        for (int i = 0; i < velem; i++)
            vec[i] = v;
    }

    // コピーコンストラクタ
    Array(const Array& x) {
        if (&x == this) {
            nelem = 0;
            vec = NULL;
        }
        else {
            nelem = x.nelem;
            velem = x.velem;
            vec = new BYTE[velem];
            for (int i = 0; i < velem; i++)
                vec[i] = x.vec[i];
        }
    }

    // デストラクタ
    ~Array() { delete[] vec; }

    // 要素数を返す
    int size() const { return nelem; }

    // velem のゲッタ
    int get_vsize() const {
        return velem;
    }

    // 代入演算子
    Array& operator=(const Array& x) {
        if (&x != this) {
            if (velem != x.velem) {
                delete[] vec;
                velem = x.velem;
                vec = new BYTE[velem];
            }
            nelem = x.nelem;
            for (int i = 0; i < velem; i++)
                vec[i] = x.vec[i];
        }
        return *this;
    }

    // 添字演算子[]
    BitOfByteRef operator[](int i) {
        if (i < 0 || i >= nelem)
            throw IdxRngErr(this, i);
        return BitOfByteRef(
            vec[i / CHAR_BITS], (i & (CHAR_BITS - 1))
        );
    }

    // 添字演算子[]
        bool operator[](int i) const {
        if (i < 0 || i >= nelem)
            throw IdxRngErr(this, i);
        return
            (vec[i / CHAR_BITS] >> (i & (CHAR_BITS - 1)) & 1U)
            == 1;
    }
};



// p336_9-6.cpp
// Test.cpp
#include <iomanip>
#include <iostream>
#include "Array.h"
#include "BoolArray.h"
using namespace std;

// 1バイトのビット数
const int CHAR_BITS
= std::numeric_limits<unsigned char>::digits;

// メニュー
int menu() {
    int n;
    cout << "\n 1)bool値セット"
              " 2)要素連続表示"
              " 3)全要素を表示"
              " 4)データ格納状況"
              " 5)終了\n";
    do {
        cout << "番号 : "; cin >> n;
    } while (n < 1 || n > 5);
    return n;
}

// bool値のセット
void 
set(Array<bool>& a) {
    int n;
    int t;
    while (1) {
        do {
            cout << "添字番号（ 完了なら 999 ） : ";
            cin >> n;
            if (n == 999) goto OUT_1;
        } while (n < 0 || n >= a.size());

        do {
            cout << "true(1) or false(0)";
            cin >> t;
        } while (t != 0 && t != 1);
        if (t) a[n] = true; else a[n] = false;
    }
OUT_1:;
}

// 全要素を 0, 1 で連続表示
void print_Array_bool(const Array<bool>& a) {
    cout << "◇ 全要素を 0, 1 で連続表示\n";
    for (int i = 0; i < a.size(); i++)
        cout << (a[i] ? '1' : '0');
    cout << '\n';
}

// 全要素を表示
void print_Array_all(const Array<bool>& a) {
    cout << "◇ 全要素 ( 1 は true, 0 は false )\n";
    int n = 0;
    while (1) {
        for (int i = 0; i < CHAR_BITS; i++) {
            cout << "a[" << setw(2) << n << "] = "
                << a[n] << ' ';
            n++;
            if (n >= a.size()) {
                cout << '\n'; goto OUT_2;
            }
        }
        cout << '\n';
    }
OUT_2:;
}

// データ格納場所でのビットの状況
void print_Array_bit(const Array<bool>& a) {
    cout << "◇ データ格納場所でのビットの状況\n";
    for (int i = 0; i < a.get_vsize(); i++) {
        cout << "第" << i + 1 << "番目のバイト : ";
        for (int j = CHAR_BITS * (i + 1) - 1;
                    j >= CHAR_BITS * i; j--)
            try { cout << (a[j] ? '1' : '0'); }
            catch (Array<bool>::IdxRngErr) {
                cout << '0';
            }
        cout << '\n';
    }
}


int main() {
    int n;
    do {
        cout << "◆ bool型配列 a の要素数を入力 : ";
        cin >> n; 
    } while (n < 1);
    Array<bool> z(n);

    while (1) {
        switch (menu()) {
         case 1:set(z); break;
         case 2:print_Array_bool(z); break;
         case 3:print_Array_all(z) ; break;
         case 4:print_Array_bit(z) ; break;
         default: goto OUT;
        }
    }
OUT:;
}