Hesaplamalı bilimde C ++ ifade şablonlarını ne zaman kullanmalıyım ve ne zaman * kullanmamalıyım?

C ++ dilinde bilimsel bir kod üzerinde çalıştığımı varsayalım. Bir meslektaşı ile yakın zamanda yapılan bir tartışmada, ifade şablonlarının gerçekten kötü bir şey olabileceği, potansiyel olarak yazılımı yalnızca belirli gcc sürümlerinde derlenebilir hale getirdiği iddia edildi. Güya bu problem, Downfall'ın bu parodisinin altyazılarında olduğu gibi, birkaç bilimsel kodu etkiledi . (Bunlar benim tanıdığım tek örnek, bu yüzden bağlantı.)

Bununla birlikte, diğer insanlar, ifade şablonlarının yararlı olduğunu savundular, çünkü SIAM Bilimsel Hesaplama Dergisi'nde bu yazıda olduğu gibi , ara sonuçların geçici değişkenlerde saklanmasını önleyerek performans kazanımları sağlayabiliyorlar .

C ++ 'ta şablon metaprogramlaması hakkında pek bir şey bilmiyorum, ama otomatik farklılaşmada ve aralık aritmetikte kullanılan bir yaklaşım olduğunu biliyorum, bu şekilde ifade şablonları hakkında bir tartışmaya girdim. Hem performanstaki potansiyel avantajlar hem de bakımdaki potansiyel dezavantajlar göz önüne alındığında (doğru kelime olsa bile), hesaplama biliminde C ++ ifade şablonlarını ne zaman kullanmalıyım ve ne zaman kaçınmalıyım?

İfade şablonlarıyla ilgili sorunum, çok sızdıran bir soyutlama olmaları. Güzel sözdizimi ile basit bir iş yapmak için çok karmaşık kod yazma çok iş harcamak. Ancak algoritmayı değiştirmek istiyorsanız, kirli kodla uğraşmak zorundasınız ve türler veya sözdizimi ile yer değiştirirseniz, tamamen anlaşılmaz hata mesajları alırsınız. Uygulamanız, ifade şablonlarını temel alan bir kitaplığa mükemmel şekilde eşleşiyorsa, dikkate değer olabilir, ancak emin değilseniz, sadece normal kod yazmanızı öneririm. Elbette, üst seviye kod daha az hoş, fakat sadece yapılması gerekenleri yapabilirsiniz. Bir avantaj olarak, derleme zamanı ve ikili büyüklükler azalır ve derleyici ve derleme bayrağı seçimi nedeniyle performansta büyük farklılıklar olması gerekmez.

Diğerleri, ET programlarını yazmanın ne kadar zor olduğu ve hata mesajlarını anlamanın karmaşıklığı hakkında yorum yaptılar. Derleyiciler konusunda yorum yapmama izin verin: Bir süre önce büyük sorunlardan birinin her şeyin çalışmasını ve taşınabilir bir şekilde çalışmasını sağlamak için C ++ standardına uygun bir derleyici bulmak olduğu doğru. Sonuç olarak, birçok hata bulduk - ismimde 2-300 hata raporum var, gcc, Intel icc, IBM xlC ve Portland pgicc. Sonuç olarak, deal.II yapılandırma betiği, özellikle şablonlar, arkadaş beyanları, ad alanları, vb. Alanlardaki çok sayıda derleyici hata testinin deposudur.

Ancak, derleyici üreticilerinin birlikte hareketlerini çok iyi yaptıkları ortaya çıktı: bugün, gcc ve icc bugün tüm testlerimizi geçiyor ve ikisi arasında taşınabilir kod yazmak kolaydır. PGI'nin çok geride olmadığını söyleyebilirim, ancak yıllar geçmeyecek gibi görünen bazı tuhaflıklar var. Öte yandan, xlC bambaşka bir hikaye - her 6 ayda bir hatayı düzeltirler, ancak onlarla yıllarca hata bildirimleri yapılmasına rağmen, ilerleme son derece yavaştır ve xlC hiçbir zaman anlaşma derleyemedi.

Tüm bunların anlamı şudur: İki büyük derleyiciye bağlı kalırsanız, bugün çalışmalarını bekleyebilirsiniz. Günümüzde çoğu bilgisayar ve işletim sistemi tipik olarak bunlardan en az birine sahip olduğundan, bu yeterli. İşlerin daha zor olduğu tek platform, sistem derleyicisinin tipik olarak xlC olduğu tüm hatalarıyla BlueGene'dir.

ET'lerle ilgili çok uzun zaman önce, sizin de belirttiğiniz gibi, derleyicilerin hala onlarla uğraştığını denedim. Blitz kütüphanesini lineer cebir için bazı kodlarımda kullandım . O zaman sorun iyi derleyiciyi elde ediyordu ve mükemmel bir C ++ programcısı olmadığım için derleyici hata mesajlarını yorumluyordum. İkincisi basitçe yönetilemezdi. Derleyici ortalama olarak yaklaşık 1000 satır hata mesajı üretecektir. Programlama hatamı çabucak bulamadım.

Oonumerics web sayfasında daha fazla bilgi bulabilirsiniz (iki ET çalışmasının süreci vardır).

Ama onlardan uzak dururdum ....

Sorun zaten 'ifade şablonları (ET)' ile başlar. Bunun için kesin bir tanım olup olmadığını bilmiyorum. Ancak, ortak kullanımında bir şekilde 'doğrusal cebir ifadelerini nasıl kodladığınız' ve 'nasıl hesaplandığı' ile çiftleşir. Örneğin:

Vektör işlemini kodlarsınız

v = 2*x + 3*y + 4*z;                    // (1)

Ve bir döngü tarafından hesaplanır

for (int i=0; i<n; ++i)                 // (2)
    v(i) = 2*x(i) + 3*y(i) + 4*z(i);

Bence bu iki farklı şey ve ayrıştırılması gerekiyor: (1) bir arayüz ve (2) olası bir uygulama. Demek istediğim bu programlamada yaygın bir uygulamadır. Tabii (2) iyi bir varsayılan uygulama olabilir, ancak genel olarak özel ve özel bir uygulamadan yararlanmak istiyorum. Mesela ben böyle bir işlevi istiyorum

myGreatVecSum(alpha, x, beta, y, gamma, z, result);    // (3)

kodlarken (1) çağrıldım. Belki (3) sadece (2) 'deki gibi bir döngü kullanır. Ancak vektör boyutuna bağlı olarak diğer uygulamalar daha verimli olabilir. Her neyse, yüksek performansta bazı uzmanlar mümkün olduğu kadar uygulayabilir ve ayarlayabilir (3). Öyleyse, (1) (3) çağrısı ile eşlenemiyorsa, o zaman (1) 'in sözdizimsel şekerinden kaçının ve doğrudan (3)' ü doğrudan çağırın.

Tarif ettiğim yeni bir şey değil. Aksine, BLAS / LPACK'in arkasındaki fikir:

• LAPACK'teki tüm performans kritik işlemler BLAS fonksiyonlarını çağırarak yapılır.
• BLAS, sadece yaygın olarak ihtiyaç duyulan lineer cebir ifadeleri için bir arayüz tanımlar.
• BLAS için farklı optimize edilmiş uygulamalar mevcuttur.

BLAS'ın kapsamı yeterli değilse (örneğin, (3) gibi bir işlev sağlamıyorsa), biri BLAS'ın kapsamını uzatabilir. Bu yüzden 60'lı ve 70'li yılların bu dinozor taş devri aracıyla ara yüz ve uygulamanın temiz ve ortogonal bir ayrıldığını fark eder. Sayısal C ++ kütüphanelerinin bu yazılım kalitesi seviyesine ulaşamaması çok komik. Her ne kadar programlama dili çok daha karmaşık olsa da. Bu nedenle, BLAS / LAPACK'in hala canlı ve aktif olarak gelişmiş olması şaşırtıcı değildir.

Yani bence ET'ler kendi başına kötü değildir. Ancak, sayısal C ++ kütüphanelerinde yaygın olarak nasıl kullanıldığı, bilimsel bilgi işlem çevrelerinde onlara çok kötü bir ün kazandı.