如何从 C++ 中的函数内部更改数组

Question

我正在尝试编写一个 c++ rk4 算法，但无论我尝试什么，我似乎都遇到了同样的错误。我可以编译程序，但我不断收到zsh: segmentation fault (core dumped) ./main。我认为问题出在 rk4 函数中：

void funcs::rk4(double *p_vec, double h)
{

    double *k0, *k1, *k2, *k3, *l0, *l1, *l2;


    k0 = force( p_vec );

    for ( int inst = 0; inst < 2; ++inst )
    {
        l0[ inst ] = p_vec[ inst ] + h*( k0[ inst ] );
    }

    k1 = force( l0 );

    for ( int inst = 0; inst < 2; ++inst )
    {
        l1[ inst ] = p_vec[ inst ] + ( h/2 ) * ( k1[ inst ] );
    }

    k2 = force( l1 );

    for ( int inst = 0; inst < 2; ++inst )
    {
        l2[ inst ] = p_vec[ inst ] + ( h/2 ) * ( k2[ inst ] );
    }

    k3 = force( l2 );

    for ( int inst = 0; inst < 2; ++inst )
    {
        ( p_vec )[ inst ] += ( ( k0[ inst ] ) + 2*( k1[ inst ] ) + 2* ( k2[ inst ] ) + ( k3[ inst ] ) )*( h/6 );

    }

}

如果有帮助，这里也是主要功能：

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <cmath>
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <vector>
#include "functions.h"

using namespace std;

int main( int argc, char **argv )
{
    float alpha = 0, beta = 1;
    int Number = 1000;
    double h = ( beta - alpha )/ Number;
    double postiton_0 = 1.0, velocity_0 = 0.0;

    vector<double> time = funcs::linspace( alpha, beta, Number );
    double p_vector[2] = { postiton_0, velocity_0 };

    for ( int inst = 0; inst <= Number; ++inst )
    {
        funcs::rk4( p_vector, h );

        cout << inst << ", " << p_vector[ 0 ]
            << ", " << p_vector[ 1 ] << endl;
    }

    return 0;

}

非常感谢您！

编辑：

感谢您的快速回复！

这里是源码的来源：

double * funcs::force(double *p_vec)
{
    double force_position = p_vec[ 0 ], force_velocity = p_vec[ 1 ];
    static double force_p_vec[ 2 ];

    double force_acceleration = -force_position*force_position;

    force_p_vec[ 0 ] = force_velocity;
    force_p_vec[ 1 ] = force_acceleration;

    return force_p_vec;
}

问题是，当我尝试在没有 rk4 的情况下运行 force 函数时，我确实得到了数字，也许这是我使用指针的方式。没有它们我有什么办法吗？谢谢。

更新：

我决定接受不使用指针和动态内存分配的建议，并使用了以下代码：

void funcs::rk4(double *p_vec, double h)
{

    double temp[ 2 ];

    double *k0 = force( p_vec );

    for ( int inst = 0; inst < 2; ++inst )
    {
        temp[ inst ] = p_vec[ inst ] + h*( k0[ inst ] );
    }

    double *k1 = force( temp );

    for ( int inst = 0; inst < 2; ++inst )
    {
        temp[ inst ] = p_vec[ inst ] + ( h/2 ) * ( k1[ inst ] );
    }

    double *k2 = force( temp );

    for ( int inst = 0; inst < 2; ++inst )
    {
        temp[ inst ] = p_vec[ inst ] + ( h/2 ) * ( k2[ inst ] );
    }

    double *k3 = force( temp );

    for ( int inst = 0; inst < 2; ++inst )
    {
        p_vec[ inst ] += ( ( k0[ inst ] ) + 2*( k1[ inst ] ) + 2* ( k2[ inst ] ) + ( k3[ inst ] ) )*( h/6 );

    }

}

我得到了数字，但它们会爆炸到无穷大，这不是预期的效果。这是一个简单的谐振子。位置和速度应该在 1 和 0 之间振荡。我使用的是相同的力函数。

谢谢！

Answer 1

即使使用最新版本的funcs::rk4()，仍然存在的一个问题是所有指针（k0 ...k3）都指向funcs::force() 内的同一个静态缓冲区。因此，当你在计算时

p_vec[ inst ] += ( ( k0[ inst ] ) + 2*( k1[ inst ] ) + 2* ( k2[ inst ] ) + ( k3[ inst ] ) )*( h/6 );

所有k0 ... k3 实际上都有k3 的内容。

所以，你需要funcs::force() 返回一个数组而不是一个指针。如您所知，您不能返回 C 样式的数组。但是，您可以返回 std::array。你的函数变成了

std::array<double, 2> funcs::force(double *p_vec)
{
    double force_position = p_vec[ 0 ], force_velocity = p_vec[ 1 ];
    std::array<double, 2>  force_p_vec; //non-static!

    double force_acceleration = -force_position*force_position;

    force_p_vec[ 0 ] = force_velocity;
    force_p_vec[ 1 ] = force_acceleration;

    return force_p_vec;
}

funcs::rk4() 内的每个k0 ... k3 也应声明为std::array<double, 2> 而不是double。