重载 function 调用运算符 () 用于模板 object 的索引和分配

Question

我正在尝试为矩阵数据结构创建一个模板，并且我希望以简洁直观的方式来索引和分配元素（即'A（i，j）'返回一个元素和'A（i，j）= x ' 给这个元素赋值。）

基于其他论坛主题，我看到通过引用返回数组元素，函数/运算符可以以这种方式返回和更改该元素。

template <typename T, int Rows, int Cols>
    struct Matrix {
        private:
        public:
            const int rows = Rows; //number of rows
            const int cols = Cols; //number of columns
            T data[Rows*Cols];     //contents of matrix

            //Single element indexing and assigment
            T& operator() (int i, int j) {
                return data[ (i-1)*(this->cols) + j ];
            }
    };

int main(){
    const int m = 3;
    const int n = 4;
    Matrix<float, m, n> A;

    for (int i = 0; i < A.rows; i++) {
        for (int j = 0; j < A.cols; j++) {
            A(i,j) = 3.14;
        }
    }

    return 0;
}

当我尝试使用显式类型的结构（在本例中为 int）而不是模板时，这非常有效，但是现在我使用的是模板，赋值 'A(i,j) = x' 具有修改索引的效果'i' 和 'j' 通常会破坏循环并导致分段错误。

有谁知道为什么会发生这种情况，如果我能做些什么来达到预期的结果？

我对 c++ 相当陌生，所以如果我反对该语言的最佳实践，请随时告诉我

Answer 1

用于索引data的公式不正确。

更新您的 function 以始终返回data[0]但打印索引。 output 将清楚地表明您没有使用正确的索引。

T& operator() (int i, int j) {
    int index = (i-1)*(this->cols) + j;
    std::cout << "Index: " << index << std::endl;
    
    return data[0];  // This is wrong but that's not the
                     // purpose of this suggested change.
}

有用的链接：如何调试小程序

PS正确的索引是i*(this->cols) + j 。

Answer 2

赋值A(i,j) = x具有修改索引i和j的效果，这通常会破坏循环并导致分段错误。

如果我在A(i,j) = 3.14;之前和之后直接打印i和j ； 价值观以我不清楚的方式变化。 例如在第一次调用后， j从 0 变为 1078523331

这意味着您正在破坏 memory 。 写入越界的数组元素会做到这一点。

您的数组是 0 索引的。 您的i和j变量从 0 开始。但是您从i值中减去-1 。 那么，当您尝试在计算中使用(i-1)来获取数组索引时，您认为会发生什么？

好吧，让我们找出 - 您尝试访问的第一个元素是A(0,0) ，所以：

  data[ (i-1)*(this->cols) + j ]
= data[ (0-1)*(4) + 0 ]
= data[ (-1)*(4) + 0 ]
= data[ -4 + 0 ]
= data[ -4 ]

索引-4处没有数组元素！ 您正在返回对 memory 的引用，该引用位于data[]数组之前的4*sizeof(T)个字节。

要解决此问题，您需要将计算更改为此：

(i * this->cols) + j

现在，对于A(0,0) （以及所有其他输入为0 <= i < rows和0 <= j < cols ），结果将是正确的：

  data[ (i * this->cols) + j ]
= data[ (0 * 4) + 0 ]
= data[ 0 + 0 ]
= data[ 0 ]