テンプレートクラスを使用した行列クラスの内積

Question

###main.hpp

//main.cpp用のインクルードガード
#ifndef STDIO_H
#define STDIO_H
#include <stdio.h>
#endif

#ifndef MATRIX_HPP
#define MATRIX_HPP
#include <matrix.hpp>
#endif

main.cpp

#include <main.hpp>

int main(){
    matrix::Matrix_2d<double,2,2> matrix_1;//2x2の行列オブジェクト作成
    double var1[2][2] = {{1,2},{3,4}};
    matrix_1.copy(var1);//空の行列に数値を流し込む
    
    matrix::Matrix_2d<double,2,3> matrix_2;//2x3の行列オブジェクト作成
    double var2[2][3] = {{1,2,3},{4,5,6}};
    matrix_2.copy(var2);//空の行列に数値を流し込む

    matrix::Matrix_2d<double,2,3> matrix_3;//2x3の行列オブジェクト作成
    matrix_3.dot(matrix_1,matrix_2);//matrix_1 dot matrix_2 = matrix_3
    matrix_3.print();//matrix_3の中身表示

    return 0;
}

###matrix.hpp(ヘッダー内に実装も記述)

#ifndef STDIO_H
#define STDIO_H
#include <stdio.h>
#endif


namespace matrix{
    template<typename TYPE,int COL,int ROW>
    class Matrix_2d{//行列クラス
        private:
            int col = COL;//行数
            int row = ROW;//列数
            TYPE mat[COL][ROW];//行列の数値を保存するための配列
        public:
            void clear(){//ゼロクリア関数
                for(int i=0;i<this->col;i++){
                    for(int j=0;j<this->row;j++){
                        (this->mat)[i][j] = 0;
                    }
                }
            }
            void print(){//行列の中身表示用関数
                printf("//////////////////////////////////////////////////////////////\n");
                for(int i=0;i<this->col;i++){
                    printf("[");
                    for(int j=0;j<this->row;j++){
                        printf("[%lf]",(this->mat)[i][j]);
                    }
                    printf("]\n");
                }
            }
            void copy(TYPE mat[COL][ROW]){//行列のコピー用関数
                for(int i=0;i<this->col;i++){
                    for(int j=0;j<this->row;j++){
                        (this->mat)[i][j] = mat[i][j];
                    }
                }
            }
            void print_shape(){//行列の形状表示用関数
                printf("shape = [%d,%d]\n",(this->col),(this->row));
            }

            int get_col(){//行数表示用関数
                return (this->col);
            }

            int get_row(){//列数表示用関数
                return (this->row);
            }

            TYPE get_mat(int col_in,int row_in){//要素へのアクセス用関数
                return (this->mat)[col_in][row_in];
            }

            void dot(Matrix_2d in_1, Matrix_2d in_2) {//内積用関数
                int i, j, k;
                TYPE term;

                for (i = 0; i < (this->col); i++) {
                    for (j = 0; j < (this->row); j++) {
                        term = 0;
                        for (k = 0; k < (in_2.get_col()); k++) {
                            term = term + in_1.get_mat(i,k) * in_2.get_mat(k,j);
                        }
                        (this->mat)[i][j] = term;
                    }
                }
            }
    };
    
}

質問内容

c++初心者です。
上記のコードで2次元行列の内積を表現したいのですが
コンパイル時に下記のようなエラーが発生します。
おそらくmatrix_3.dot(matrix_1,matrix_2);
の引数のメモリサイズがそれぞれ違うのかな(トンチンカンなこと言ってたらごめんなさい)と思います
がエラーの回避方法がわからず困っています。
どうかご教授おねがいします。

main.cpp:14:35: error: no matching function for call to ‘matrix::Matrix_2d<double, 2, 3>::dot(matrix::Matrix_2d<double, 2, 2>&, matrix::Matrix_2d<double, 2, 3>&)’
     matrix_3.dot(matrix_1,matrix_2);
                                   ^
In file included from ./main.hpp:8:0,
                 from main.cpp:1:

Comments

[pepperleaf]

エラーについては、メッセージ通りで、引数と戻り値が一致する関数が無いと言っています。
私の理解が不足しているのかも知れませんが、内積は行列を返すのでしょうか?　一つの数値を返すと理解していますが、、、。

[退会済みユーザー]

質問を拝見して下さりありがとうございます。
dot関数は行列と行列の内積なので行列を返す関数です。

matrix_3 = matrix_1 dot matrix_2

matrix_3.dot(matrix_1,matrix_2)
　　↑　　　　　↑　　　　↑
結果保存用　　入力1　　　入力2
[2行3列]　　 [2行2列] 　 [2行3列]

Answer 1

    template<typename TYPE,int COL,int ROW>
    class Matrix_2d{//行列クラス
      ...
    void dot(Matrix_2d in_1, Matrix_2d in_2) 

これだと ROW行COL列 と ROW行COL列 のふたつの行列の積になるです。

template<int K> void dot(matrix_2d<COL,K> in_1, matrix_2d<K,ROW> in_2)

とか、そんなんなるんじゃないかな正解は。

Answer 2

Matrix_2dはtemplateクラスなので、直接dotの引数の型には使えません。dotをテンプレートメンバー関数にすれば、例えば次のように書けます。

#ifndef MATRIX_HPP
#define MATRIX_HPP
#include <stdio.h>

namespace matrix {
template <typename TYPE, int COL, int ROW>
class Matrix_2d { //行列オブジェクト
    ... # 省略
    template <int K>
    void dot(Matrix_2d<TYPE, COL, K> in_1,
             Matrix_2d<TYPE, K, ROW> in_2)
    {
        ... # 省略
    }
};

} // namespace matrix
#endif // MATRIX_HPP

気になった点

• include guardの使い方がおかしい・・・。
• 行列の積は[p, q] * [q, r] (p, q, rは正の整数)でしか定義されないので、上のテンプレートメンバー関数はもう少し制限かけておいたほうがよい。
• たぶん計算結果おかしい。

Comments

[退会済みユーザー]

ご回答ありがとうございます。
このコードでコンパイルしてみたら無事動きました。
include guardのご指摘も助かりました。
計算結果についてはpythonのnumpyで同じ計算をして確かめてみましたが大丈夫そうです。