C++实现矢量场

Question

我正在尝试从 Lubos Brieda（等离子模拟示例）重新创建等离子模拟。为此，我需要实现一个 3D 场，其中填充了包含电场数据的物理向量。（我不想使用模板，我指的是 mathematical/physical 意义上的向量。）

本书展示了 Field 和 vec3 class 的创建，以创建具有三个组件的特定类型和数组（向量）的字段。

我的目标是找到实现向量场的最简单方法，如上所述。由于书中提到 Field3(= Field_<vec3<double>>) 类型已经实现（但还没有），我认为有一个简单的选择可以做到这一点而不必创建一个新的 class .我试过 using Field3 = Field_<vec3<double>> 但它总是导致以下错误：

Exception thrown: read access violation. **a** was nullptr.

您可以在下面看到导致错误的代码，包括上面提到的 classes。（我想我排除了所有非必要的东西。我留下了一些带有代码行的注释，您可以使用它们来查看其余代码是否正常工作，只有 Field3 类型会引发错误。）

#include<iostream>
#include"World.h"
#include"Field_.h"
#include"vec3.h"

int main() {
    World world(21, 21, 21);

    return 0;
}

template <typename T>
struct vec3 {
    // assign data
    vec3(const T u, const T v, const T w) : d{ u,v,w } {}
    vec3(const T a[3]) : d{ a[0],a[1],a[2] } {}
    vec3() : d{ 0,0,0 } {}

//protected:
    T d[3];
};

using double3 = vec3<double>;   // three component vector with doubles
using int3 = vec3<int>;

#pragma once
#include"vec3.h"

template<typename T>
class Field_ {  // underscore for undefined type
public:
    // constructor
    Field_(int ni, int nj, int nk) : ni{ ni }, nj{ nj }, nk{ nk }{
        data = new T * *[ni];           // ni pointers to pointers of type T
        for (int i = 0; i < ni; i++) {
            data[i] = new T * [nj];     // allocte nj pointers to T
            for (int j = 0; j < nj; j++)
                data[i][j] = new T[nk]; // allocate nk objects of type T
        }
        operator=(0);   // call the overloaded operator= function (initialize with 0)
    }

    // destructor, frees memory in reverse order
    ~Field_() {
        if (data == nullptr) return;        // return if unallocated
        for (int i = 0; i < ni; i++) {      // release memory in reverse order
            for (int j = 0; j < nj; j++)
                delete data[i][j];
            delete data[i];
        }

        delete[] data;
        data = nullptr;                     // mark as free
    }

    // overload the assignment operator
    Field_<T>& operator= (const T s) {
        std::cout << "Field_ operator=" << std::endl;
        for (int i = 0; i < ni; i++)
            for (int j = 0; j < nj; j++)
                for (int k = 0; k < nk; k++)
                    data[i][j][k] = s;
        return *this;                           // return reference to self
    }

    const int ni, nj, nk;   // number of nodes

protected:
    T*** data;  // pointer of type T
};

using Field = Field_<double>;   // field of doubles (scalar field)
using Field3 = Field_<double3>; // field of double3s (vector field)

#pragma once
#include"vec3.h"
#include"Field_.h"

class World {
public:
    World(int ni, int nj, int nk);  //constructor

    const int ni, nj, nk;

    //Field phi;    //electric potential (scalar field)
    Field3 ef;  //electric field (vector field)
};

//World::World(int ni, int nj, int nk): ni{ ni }, nj{ nj }, nk{ nk }, phi(ni, nj, nk){}
//World::World(int ni, int nj, int nk) : ni{ ni }, nj{ nj }, nk{ nk }, phi(ni, nj, nk), ef(ni, nj, nk) {}
World::World(int ni, int nj, int nk) :
    ni{ ni }, nj{ nj }, nk{ nk }, ef(ni, nj, nk) {}

我希望你能帮我弄清楚该怎么做，如果我能在此期间提供任何帮助，请告诉我。

Answer 1

我找到了避免该错误的方法，因为它只会在尝试使用 operator=(0) 初始化矢量场时出现。但是如果我想用零初始化一个标量场，就必须使用这个命令。因此，对 vec3 类型使用相同的命令会导致上述错误，因为覆盖的 operator= 仅适用于标量值。幸运的是 data[i][j] = new T[nk]; 已经用零初始化了 vec3s（如果 T 是某种 vec3（就像我想使用的 double3 = vec3<double>））。

我的解决方案是将 operator=(0) 切换为：

if (!std::is_same<T, double3>::value) {operator=(0);}

因此，当 T 的类型为 double3 时，不使用标量初始化。在我的例子中，这应该足够了，因为所有向量场都应该是 double 类型。虽然如果我想要另一种类型，我可以调整 if 语句。（我认为也可以检查 T 是否类似于 vec3<...>，但我还没有尝试使用这架飞机，因为我似乎不需要任何其他类型的矢量场.)

C++实现矢量场

C++ implementing vector field

c++

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