如何创建具有可变元素的C++数组？

Question

我有一个C++程序：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
#include <fstream>
#include <cmath>

using namespace std;

double dx2(int t, int x, int dx)
{
    return (-9.8*cos(x));
}

int square(int x) 
{
    return (x*x);
}

double RK4(float t, float x, float dx, float h)
{
    double k1, k2, k3, k4, l1, l2, l3, l4, diff1, diff2;
    k1 = h*dx2(t,x,dx);
    l1 = h*k1;
    k2 = h*dx2(t+h/2,x+l1/2,dx+k1/2);
    l2 = h*k2;
    k3 = h*dx2(t+h/2,x+l2/2,dx+k2/2);
    l3 = h*k3;
    k4 = h*dx2(t+h,x+l3,dx+k3);
    l4 = h*k4;
    diff1 = (l1+2*l2+2*l3+l4)/float(6);
    diff2 = (k1+2*k2+2*k3+k4)/float(6);
    double OUT[] = {diff1, diff2};
    return OUT;
}

int main()
{
    double diff, t, t0, t1, x, x0, dx, dx0, h, N;
    N = 1000;
    t0 = 0;
    t  = t0;
    t1 = 10;
    x0 = 0;
    x  = x0;
    dx0 = 0;
    dx  = dx0;
    h = (t1 - t0) / float(N);

    for(int i = 1; i<=N; i++) {
        diff = RK4(t,x,dx,h);
        x = x + diff;
        t = t + h;
    }
    cout << diff;
    return 0;
}

正如您在这个程序中所看到的，我正在求解二阶微分方程(如果有方法将LaTeX方程插入到我的问题中，请告诉我)：

d2x/dt2= -9.8 cos(x)

这是单摆运动方程的一个例子。问题线分别是33和34。在它中，我试图将OUT数组的第一个元素定义为diff1，第二个元素定义为diff2。每当我编译这个程序(名为example.cpp)时，我都会得到错误：

g++ -Wall -o "example" "example.cpp" (in directory: /home/fusion809/Documents/CodeLite/firstExample)
example.cpp: In function ‘double RK4(float, float, float, float)’:
example.cpp:33:9: error: cannot convert ‘double*’ to ‘double’ in return
  return OUT;
         ^~~
Compilation failed.

Answer 1

确切地说，因为您返回的是double的数组，这会退化为double*，但是函数被定义为返回double。在C++中，类型T和T类型的数组是不同的类型，一般情况下，它们不能相互转换。

在这种情况下，使用std::pair<T1, T2> (#include <utility>)可能更好，因为您使用的是C++和标准库，或者是具有两个类型double字段的结构。查找std::pair<>和std::tie<>，前者用于生成不同类型的元素对，后者用于生成不同类型的任意大小的元组。

当您将std::pair的元素写入std::cout时，请使用first、second成员来访问这对字段。不能使用重载的std::cout流运算符直接输出std::pair。

编辑：

#include <utility>

std::pair<double, double> RK4(float t, float x, float dx, float h)
{
    /* snip */
    diff1 = (l1+2*l2+2*l3+l4)/float(6);
    diff2 = (k1+2*k2+2*k3+k4)/float(6);
    return {diff1, diff2};
}

int main()
{
    double x, dx;
    /* snip */
    for(int i = 1; i<=N; i++) {
        std::pair<double, double> diff = RK4(t,x,dx,h);
        // or use with C++11 and above for brevity
        auto diff = RK4(t,x,dx,h);
        x = x + diff.first;
        dx = dx + diff.second;
        t = t + h;
    }
    cout << x << " " << dx << "\n" ;
    return 0;
}

Answer 2

RK4函数的返回类型是double，它是一个值，但是您试图返回其中两个值的数组。那不管用。您可以将返回类型更改为double*，并使用new double[2]分配数组，但是使用std::pair<double, double>作为返回类型会更简单、更安全。然后你就可以做return { diff1, diff2 };了。

Answer 3

要从函数返回几个值，您可以选择如下：

• 由于返回的类型都是相同的，所以可以返回数组： std::array RK4(浮t，浮x，浮dx，浮h) { // .返回{{diff1，diff2}}；} 或std::vector 向量RK4(浮动t，浮点数x，浮点数x，浮点数h) { // .返回{{diff1，diff2}}；}
• 您可以返回std::tuple或std::pair (限制为2个元素)： std::pair RK4(浮t，浮x，浮dx，浮h) { // .返回{{diff1，diff2}}；} 或 std::tuple RK4(浮t，浮x，浮dx，浮h) { // .返回{{diff1，diff2}}；}
• 您还可以创建一个自定义类。 结构RK4Result {双diff1；双diff2；}；RK4Result RK4(浮点数t，浮点数x，浮点数x，浮点数h) { // .返回{diff1，diff2}；}
• 对于昂贵的移动类型，您可以使用任何以前的方法，但通过out参数： 结构RK4Result {双diff1；双diff2；}；RK4(浮点数t，浮点数x，浮点数dx，浮点数h，RK4 res& res) { // .res = {diff1，diff2}；}