init: 初始化krylov复现项目

.gitignore

@@ -0,0 +1,58 @@
+# Byte-compiled / optimized / DLL files
+__pycache__/
+*.py[cod]
+*$py.class
+
+# C extensions
+*.so
+
+# Distribution / packaging
+.Python
+build/
+develop-eggs/
+dist/
+downloads/
+eggs/
+.eggs/
+lib/
+lib64/
+parts/
+sdist/
+var/
+wheels/
+pip-wheel-metadata/
+share/python-wheels/
+*.egg-info/
+.installed.cfg
+*.egg
+MANIFEST
+
+# Virtual environments
+venv/
+ENV/
+env/
+.venv
+
+# IDE
+.vscode/
+.idea/
+*.swp
+*.swo
+*~
+.DS_Store
+
+# Testing
+.pytest_cache/
+.coverage
+htmlcov/
+
+# Logs
+*.log
+
+# Environment variables
+.env
+.env.local
+
+# OS
+Thumbs.db
+.DS_Store

CMakeLists.txt

@@ -0,0 +1,78 @@
+cmake_minimum_required(VERSION 3.18)
+project(krylov_gmres VERSION 0.1.0 LANGUAGES CXX)
+
+set(CMAKE_CXX_STANDARD 20)
+set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)
+set(CMAKE_CXX_EXTENSIONS OFF)
+
+option(KRYLOV_BUILD_TESTS "Build krylov unit tests" ON)
+
+# 避免 Eigen / spdlog 把自己的测试注册进 CTest
+set(BUILD_TESTING OFF CACHE BOOL "" FORCE)
+set(EIGEN_BUILD_TESTING OFF CACHE BOOL "" FORCE)
+set(EIGEN_BUILD_DOC OFF CACHE BOOL "" FORCE)
+
+# ---------------- 第三方依赖 ----------------
+include(FetchContent)
+
+FetchContent_Declare(
+    eigen
+    GIT_REPOSITORY https://aliyun.mayblog.top/devtools/eigen.git
+    GIT_TAG 3.4.0
+)
+
+FetchContent_Declare(
+    spdlog
+    GIT_REPOSITORY https://aliyun.mayblog.top/devtools/spdlog.git
+    GIT_TAG v1.11.0
+)
+
+# Eigen 是 header-only，避免 add_subdirectory 把其庞大测试集带进 CTest
+FetchContent_GetProperties(eigen)
+if(NOT eigen_POPULATED)
+    FetchContent_Populate(eigen)
+endif()
+add_library(Eigen3_Eigen INTERFACE)
+target_include_directories(Eigen3_Eigen INTERFACE ${eigen_SOURCE_DIR})
+add_library(Eigen3::Eigen ALIAS Eigen3_Eigen)
+
+FetchContent_MakeAvailable(spdlog)
+
+# ---------------- 通用 logger 库（与 krylov 解耦，可独立复用） ----------------
+add_library(logger STATIC
+    src/logger/logger.cpp
+)
+target_include_directories(logger PUBLIC
+    ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/include
+)
+target_link_libraries(logger PUBLIC spdlog::spdlog)
+
+# ---------------- Krylov 核心库 ----------------
+# 算法实现（arnoldi / gmres ...）集中到 krylov_core。
+# 目前仅依赖 Eigen 与通用 logger。
+add_library(krylov_core INTERFACE)
+target_include_directories(krylov_core INTERFACE
+    ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/include
+)
+target_link_libraries(krylov_core INTERFACE
+    Eigen3::Eigen
+    logger
+)
+add_library(krylov::core ALIAS krylov_core)
+
+# ---------------- 可执行文件 ----------------
+add_executable(krylov_solver src/main.cpp)
+target_link_libraries(krylov_solver PRIVATE krylov::core)
+
+# ---------------- 测试 ----------------
+if(KRYLOV_BUILD_TESTS)
+    enable_testing()
+
+    add_executable(test_logger tests/test_logger.cpp)
+    target_link_libraries(test_logger PRIVATE krylov::core)
+    add_test(NAME test_logger COMMAND test_logger)
+
+    add_executable(test_eigen tests/test_eigen.cpp)
+    target_link_libraries(test_eigen PRIVATE krylov::core)
+    add_test(NAME test_eigen COMMAND test_eigen)
+endif()

include/krylov/arnoldi.hpp

@@ -0,0 +1 @@
+#pragma once

include/krylov/gmres.hpp

@@ -0,0 +1 @@
+#pragma once

include/krylov/types/common.hpp

@@ -0,0 +1,31 @@
+#pragma once
+
+// Krylov 项目公共数值类型别名。
+//
+// 约定：算法代码只使用本文件中的别名，不直接写裸 Eigen 类型。
+// 后续若要切换精度 (float/double)、索引宽度或矩阵存储布局，
+// 只需改动此文件，无需触碰算法实现。
+//
+// 规模变大后可拆分为:
+//   - krylov/types/dense.hpp
+//   - krylov/types/sparse.hpp
+//   - krylov/types/traits.hpp
+
+#include <Eigen/Dense>
+#include <Eigen/Sparse>
+
+namespace krylov {
+
+// 标量与索引
+using Scalar = double;
+using Index  = Eigen::Index;
+
+// 稠密
+using Vector = Eigen::Matrix<Scalar, Eigen::Dynamic, 1>;
+using Matrix = Eigen::Matrix<Scalar, Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>;
+
+// 稀疏（行主序，方便按行遍历 SpMV）
+using SparseMatrix = Eigen::SparseMatrix<Scalar, Eigen::RowMajor, Index>;
+using Triplet      = Eigen::Triplet<Scalar, Index>;
+
+} // namespace krylov

include/logger/logger.hpp

@@ -0,0 +1,69 @@
+#pragma once
+#include <spdlog/spdlog.h>
+#include <spdlog/async.h>
+#include <spdlog/sinks/rotating_file_sink.h>
+#include <spdlog/sinks/stdout_color_sinks.h>
+#include <spdlog/details/thread_pool.h> // 新增：引入thread_pool所在头文件
+#include <memory>
+#include <string>
+#include <vector> // 新增：用于sink向量转换，避免编译报错
+
+// 单例模式封装 logger，全局唯一，支持多模块、局部级别、异步输出
+class Logger {
+public:
+    // 禁止拷贝构造和赋值运算符（单例）
+    Logger(const Logger&) = delete;
+    Logger& operator=(const Logger&) = delete;
+
+    // 初始化 logger（必须在程序启动时调用，建议main函数开头）
+    // 参数：日志文件路径、日志文件最大大小(MB)、备份文件数量、是否开启异步
+    static void Init(const std::string& log_path = "logs/app.log", 
+                    size_t max_file_size_mb = 5, 
+                    size_t max_backup_count = 3,
+                    bool is_async = true);
+
+    // 获取全局默认 logger（通用日志）
+    static std::shared_ptr<spdlog::logger> GetDefaultLogger();
+
+    // 获取指定模块的 logger（局部 logger，支持单独设置级别）
+    // 模块名示例："net"（网络模块）、"db"（数据库模块）、"ui"（界面模块）
+    static std::shared_ptr<spdlog::logger> GetModuleLogger(const std::string& module_name);
+
+    // 设置全局默认日志级别（对所有未单独设置级别的 logger 生效）
+    static void SetGlobalLevel(spdlog::level::level_enum level);
+
+    // 设置指定模块 logger 的局部级别（优先级高于全局级别）
+    static void SetModuleLevel(const std::string& module_name, spdlog::level::level_enum level);
+
+    // 关闭所有 logger，释放资源（建议程序退出时调用）
+    static void Shutdown();
+
+private:
+    // 私有构造函数（单例）
+    Logger();
+    // 析构函数
+    ~Logger() = default;
+
+    // 单例实例
+    static Logger& GetInstance();
+
+    // 全局线程池（异步日志使用）- 修复：thread_pool在spdlog::details命名空间下
+    std::shared_ptr<spdlog::details::thread_pool> thread_pool_;
+    // 全局默认 logger
+    std::shared_ptr<spdlog::logger> default_logger_;
+    // 新增：存储全局日志格式，供模块logger复用（避免formatter()方法兼容问题）
+    std::string log_pattern_;
+};
+
+// 便捷宏定义（简化调用，可根据需求开启/关闭）
+#define LOG_INFO(...)    Logger::GetDefaultLogger()->info(__VA_ARGS__)
+#define LOG_WARN(...)    Logger::GetDefaultLogger()->warn(__VA_ARGS__)
+#define LOG_ERROR(...)   Logger::GetDefaultLogger()->error(__VA_ARGS__)
+#define LOG_DEBUG(...)   Logger::GetDefaultLogger()->debug(__VA_ARGS__)
+#define LOG_CRITICAL(...) Logger::GetDefaultLogger()->critical(__VA_ARGS__)
+#define LOG_TRACE(...)   Logger::GetDefaultLogger()->trace(__VA_ARGS__)
+
+// 模块日志宏定义（示例，可自行扩展）
+#define LOG_NET_INFO(...)    Logger::GetModuleLogger("net")->info(__VA_ARGS__)
+#define LOG_DB_WARN(...)     Logger::GetModuleLogger("db")->warn(__VA_ARGS__)
+#define LOG_UI_ERROR(...)    Logger::GetModuleLogger("ui")->error(__VA_ARGS__)

src/logger/logger.cpp

@@ -0,0 +1,156 @@
+#include "logger/logger.hpp"
+#include <filesystem>
+#include <iostream>
+#include <spdlog/details/thread_pool.h> // 新增：引入thread_pool所在头文件
+
+// 私有构造函数，初始化日志核心配置
+Logger::Logger() {
+    // 1. 创建日志目录（若不存在）
+    std::filesystem::path log_dir = std::filesystem::path("logs");
+    if (!std::filesystem::exists(log_dir)) {
+        try {
+            std::filesystem::create_directories(log_dir);
+        } catch (const std::exception& e) {
+            std::cerr << "Failed to create log directory: " << e.what() << std::endl;
+        }
+    }
+}
+
+// 单例实例获取（懒汉模式，线程安全）
+Logger& Logger::GetInstance() {
+    static Logger instance;
+    return instance;
+}
+
+// 初始化 logger（核心方法）
+void Logger::Init(const std::string& log_path, size_t max_file_size_mb, size_t max_backup_count, bool is_async) {
+    auto& instance = GetInstance();
+
+    // 1. 配置日志格式（统一格式，包含时间、模块名、级别、线程ID、日志内容）
+    std::string log_pattern = "[%Y-%m-%d %H:%M:%S.%e] [%n] [%^%l%$] [thread %t] %v";
+
+    // 2. 创建 sink（控制台 + 滚动文件）
+    // 控制台 sink（带颜色）
+    auto console_sink = std::make_shared<spdlog::sinks::stdout_color_sink_mt>();
+    // 滚动文件 sink（按大小滚动，避免单个文件过大）
+    size_t max_file_size = max_file_size_mb * 1024 * 1024; // 转换为字节
+    auto file_sink = std::make_shared<spdlog::sinks::rotating_file_sink_mt>(
+        log_path, max_file_size, max_backup_count, true // true = 追加模式
+    );
+
+    // 3. 组合 sink（同时输出到控制台和文件）
+    spdlog::sinks_init_list sinks = {console_sink, file_sink};
+
+    // 4. 初始化异步日志（若开启）
+    if (is_async) {
+        // 线程池配置：队列大小 8192，线程数 4（可根据CPU核心数调整）
+        // 修复1：thread_pool在spdlog::details命名空间下
+        instance.thread_pool_ = std::make_shared<spdlog::details::thread_pool>(8192, 4);
+        // 创建异步默认 logger
+        instance.default_logger_ = std::make_shared<spdlog::async_logger>(
+            "default", sinks.begin(), sinks.end(),
+            instance.thread_pool_,
+            spdlog::async_overflow_policy::block // 队列满时阻塞（避免日志丢失，生产环境推荐）
+        );
+    } else {
+        // 同步日志（简单场景使用）
+        instance.default_logger_ = std::make_shared<spdlog::logger>("default", sinks);
+    }
+
+    // 5. 全局配置（默认级别、格式、刷新策略）
+    instance.default_logger_->set_pattern(log_pattern);
+    instance.default_logger_->set_level(spdlog::level::info); // 默认全局级别：info
+    spdlog::set_default_logger(instance.default_logger_);
+
+    // 6. 刷新策略（确保日志及时写入，避免崩溃丢失）
+    spdlog::flush_every(std::chrono::seconds(3)); // 每3秒自动刷新
+    spdlog::flush_on(spdlog::level::err); // 错误级别日志立即刷新
+
+    // 初始化提示（仅控制台输出）
+    // 修复2：sink的log方法只接受log_msg参数，改用logger输出
+    instance.default_logger_->info("Logger initialized successfully!");
+}
+
+// 获取全局默认 logger
+std::shared_ptr<spdlog::logger> Logger::GetDefaultLogger() {
+    auto& instance = GetInstance();
+    if (!instance.default_logger_) {
+        std::cerr << "Logger not initialized! Call Logger::Init() first." << std::endl;
+        // 若未初始化，返回一个临时控制台 logger，避免崩溃
+        return spdlog::stdout_color_mt("temp_default");
+    }
+    return instance.default_logger_;
+}
+
+// 获取指定模块的 logger（局部 logger）
+std::shared_ptr<spdlog::logger> Logger::GetModuleLogger(const std::string& module_name) {
+    auto& instance = GetInstance();
+    if (!instance.default_logger_) {
+        std::cerr << "Logger not initialized! Call Logger::Init() first." << std::endl;
+        return spdlog::stdout_color_mt(module_name + "_temp");
+    }
+
+    // 若模块 logger 已存在，直接返回；不存在则创建
+    auto module_logger = spdlog::get(module_name);
+    if (!module_logger) {
+        // 模块 logger 复用 控制台+文件 sink，与默认 logger 输出一致
+        // 修复3：sinks()返回vector，无法直接转为sinks_init_list，改用手动添加（适配所有spdlog版本）
+        auto& default_sinks = instance.default_logger_->sinks();
+        std::vector<std::shared_ptr<spdlog::sinks::sink>> module_sinks;
+        for (auto& sink : default_sinks) {
+            module_sinks.push_back(sink);
+        }
+        // 若开启异步，使用全局线程池；否则同步创建
+        // 修复4：thread_pool在spdlog::details命名空间下
+        if (instance.thread_pool_) {
+            module_logger = std::make_shared<spdlog::async_logger>(
+                module_name, module_sinks.begin(), module_sinks.end(),
+                instance.thread_pool_,
+                spdlog::async_overflow_policy::block
+            );
+        } else {
+            module_logger = std::make_shared<spdlog::logger>(module_name, module_sinks.begin(), module_sinks.end());
+        }
+        // 模块 logger 继承全局格式，级别可后续单独设置
+        module_logger->set_pattern("[%Y-%m-%d %H:%M:%S.%e] [%n] [%^%l%$] [thread %t] %v");
+        module_logger->set_level(instance.default_logger_->level()); // 初始继承全局级别
+        spdlog::register_logger(module_logger); // 注册到 spdlog 全局管理
+    }
+    return module_logger;
+}
+
+// 设置全局默认日志级别
+void Logger::SetGlobalLevel(spdlog::level::level_enum level) {
+    auto& instance = GetInstance();
+    if (instance.default_logger_) {
+        instance.default_logger_->set_level(level);
+        // 同步所有未单独设置级别的模块 logger（可选，根据需求调整）
+        // 修复6：spdlog无get_all()方法，改用spdlog::get()遍历已注册模块（这里简化实现，适配所有版本）
+        // 常用模块名可手动添加，避免版本兼容问题
+        std::vector<std::string> module_names = {"net", "db", "ui"};
+        for (const auto& name : module_names) {
+            auto logger = spdlog::get(name);
+            if (logger && logger->level() == instance.default_logger_->level()) {
+                logger->set_level(level);
+            }
+        }
+    } else {
+        std::cerr << "Logger not initialized! Call Logger::Init() first." << std::endl;
+    }
+}
+
+// 设置指定模块 logger 的局部级别
+void Logger::SetModuleLevel(const std::string& module_name, spdlog::level::level_enum level) {
+    auto module_logger = spdlog::get(module_name);
+    if (module_logger) {
+        module_logger->set_level(level);
+    } else {
+        std::cerr << "Module logger [" << module_name << "] not found! Call GetModuleLogger() first." << std::endl;
+    }
+}
+
+// 关闭所有 logger，释放资源
+void Logger::Shutdown() {
+    spdlog::shutdown();
+    std::cout << "Logger shutdown successfully!" << std::endl;
+}

src/main.cpp

@@ -0,0 +1,8 @@
+#include "logger/logger.hpp"
+
+int main() {
+    Logger::Init();
+    Logger::SetGlobalLevel(spdlog::level::debug);
+
+    
+}

tests/test_eigen.cpp

@@ -0,0 +1,59 @@
+#include "krylov/types/common.hpp"
+#include <cassert>
+#include <cmath>
+
+static bool approx(double a, double b, double eps = 1e-10) {
+    return std::abs(a - b) < eps;
+}
+
+int main() {
+    using krylov::Matrix;
+    using krylov::Vector;
+    using MatrixXd = Matrix;
+    using VectorXd = Vector;
+
+    // 1) 基本矩阵 / 向量运算
+    MatrixXd A(2, 2);
+    A << 4, 1,
+         2, 3;
+    VectorXd b(2);
+    b << 1, 2;
+
+    VectorXd Ab = A * b;
+    assert(approx(Ab(0), 4 * 1 + 1 * 2));
+    assert(approx(Ab(1), 2 * 1 + 3 * 2));
+
+    // 2) 行列式 / 逆
+    assert(approx(A.determinant(), 4 * 3 - 1 * 2));
+    MatrixXd I = A * A.inverse();
+    assert(approx(I(0, 0), 1.0));
+    assert(approx(I(1, 1), 1.0));
+    assert(approx(I(0, 1), 0.0));
+    assert(approx(I(1, 0), 0.0));
+
+    // 3) 线性方程求解 A x = b
+    VectorXd x = A.colPivHouseholderQr().solve(b);
+    VectorXd r = A * x - b;
+    assert(r.norm() < 1e-10);
+
+    // 4) 范数
+    VectorXd v(3);
+    v << 3, 0, 4;
+    assert(approx(v.norm(), 5.0));
+    assert(approx(v.squaredNorm(), 25.0));
+
+    // 5) 稀疏矩阵基础
+    krylov::SparseMatrix S(3, 3);
+    S.insert(0, 0) = 1.0;
+    S.insert(1, 1) = 2.0;
+    S.insert(2, 2) = 3.0;
+    S.makeCompressed();
+    VectorXd y(3);
+    y << 1, 1, 1;
+    VectorXd Sy = S * y;
+    assert(approx(Sy(0), 1.0));
+    assert(approx(Sy(1), 2.0));
+    assert(approx(Sy(2), 3.0));
+
+    return 0;
+}

tests/test_logger.cpp

@@ -0,0 +1,57 @@
+#include "logger/logger.hpp"
+#include <cassert>
+#include <filesystem>
+#include <fstream>
+#include <sstream>
+#include <string>
+
+namespace fs = std::filesystem;
+
+static std::string read_file(const fs::path& p) {
+    std::ifstream in(p);
+    std::stringstream ss;
+    ss << in.rdbuf();
+    return ss.str();
+}
+
+int main() {
+    const fs::path log_path = "logs/test_logger.log";
+    if (fs::exists(log_path)) fs::remove(log_path);
+
+    // 同步模式便于立即断言文件内容
+    Logger::Init(log_path.string(), 1, 2, /*is_async=*/false);
+
+    // 1) 默认 logger 可用
+    auto def = Logger::GetDefaultLogger();
+    assert(def != nullptr);
+
+    // 2) 全局级别设置生效
+    Logger::SetGlobalLevel(spdlog::level::debug);
+    assert(def->level() == spdlog::level::debug);
+
+    // 3) 模块 logger 创建 + 复用
+    auto net1 = Logger::GetModuleLogger("net");
+    auto net2 = Logger::GetModuleLogger("net");
+    assert(net1 != nullptr);
+    assert(net1.get() == net2.get());
+
+    // 4) 模块级别独立设置
+    Logger::SetModuleLevel("net", spdlog::level::warn);
+    assert(net1->level() == spdlog::level::warn);
+
+    // 5) 写日志并落盘
+    LOG_INFO("hello {}", "logger");
+    LOG_DEBUG("debug value = {}", 123);
+    net1->error("net module error {}", 7);
+    def->flush();
+    net1->flush();
+
+    assert(fs::exists(log_path));
+    std::string content = read_file(log_path);
+    assert(content.find("hello logger") != std::string::npos);
+    assert(content.find("debug value = 123") != std::string::npos);
+    assert(content.find("net module error 7") != std::string::npos);
+
+    Logger::Shutdown();
+    return 0;
+}