c - C中的内联向量操作

Question

我正在使用 C 进行一些科学计算，并且需要移动很多向量。

我已经定义了表单的一些基本乘法和加法函数

add(int size, double *out, double *x, double *y)

但是对于复杂的操作，代码很快就会变得冗长且难以阅读。

是否可以定义内联运算符 (V1 + V2) ？或者任何一般的最佳实践可以更容易地检查数学错误的代码？也许有一些#define 恶作剧？

Answer 1

起初我认为这是一个 C++ 问题，出于某种原因！

如果您可以使用 C++，您也许可以使用 STL 数组（其中大小是模板参数，而不是存储值）。

它可能看起来像这样：

std::array<double, 7> a = {1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 7.0};
std::array<double, 7> b = {0.0, 0.0, 0.0, 1.0, 1.0, 1.0, 1.0};
auto c = a + b;
auto d = a + b + c;

您可以为 operator+ 定义运算符重载。例如：

#include <array>
// ...
// (version 1) returns a new copy/temporary
template <class T, size_t size>
std::array<T, size> operator+(const std::array<T, size>& a, 
                              const std::array<T, size>& b)
{
    std::array<T, size> c;
    // add them however you want; simple version:
    for (size_t i = 0; i < size; ++i)
    {
        c[i] = a[i] + b[i];
    }
    return c;
}

// (version 2) no temporaries via rvalue ref/move semantic
template <class T, size_t size>
std::array<T, size>&& operator+(std::array<T, size>&& a, 
                                const std::array<T, size>& b)
{
    for (size_t i = 0; i < size; ++i)
    {
        a[i] += b[i];
    }
    return std::move(a);
}

以便：

auto c = a + b;       // invokes version 1
auto d = a + b + c;   // invokes version 1 for (b+c) 
                      // and then version 2 for a+(temp)

所以你在任何操作链中最多使用一个临时的。

std::array 的内存布局应该与本机数组相同，因此如果需要，您应该能够很容易地将这段代码“注入”到现有程序中（通过（ab）使用强制转换、typedef 或预处理器）接触最少量的现有代码。

Answer 2

如果您不介意该问题的非标准解决方案，英特尔编译器支持 C 中数组表示法的扩展。这是一个链接：

http://software.intel.com/sites/products/documentation/studio/composer/en-us/2011/compiler_c/optaps/common/optaps_par_cean_prog.htm

基本上，您可以编写如下代码：

int A[4] = { 1, 2, 3, 4 };
int B[4] = { 4, 3, 2, 1 };
int C[4];
C[:] = A[:] + B[:];

它还提供许多数学函数的矢量版本，因此您可以执行以下操作：

B[:] = cosf(C[:]);

作为额外的奖励，如果您这样编写代码，它会在 SSE/AVX 指令中被矢量化。

Answer 3

这被称为“运算符重载”，它不是C 的一个特性。但它是C++ 的一个特性。如果您可以选择 C++，那么有很多关于如何重载运算符的教程。有些人认为它是邪恶的，因为：

1. 当代码脱离上下文时，很难判断实际会发生什么。例如，你可以在那里看到操作符，但你怎么知道它们是内置的还是重载的呢？

2. 可以重载运算符并对它们应用不常见的含义，例如（这是我在实际代码中看到的），您可以重载“/”运算符（除法运算符）作为路径分隔符一个以独立于操作系统的方式处理文件名的类：

   Filename f = Filename::MainFileSystem() / "folder1" / "folder2" / "file.txt";
   

   不要这样做。

使用重载运算符还有一些好处：

1. 代码可以大大简化。而不是多个函数调用，您可以使用

   result = vec1 + vec2 + vec3;
   

   请注意，如上所述，仅通过查看该行代码很难判断是否会调用任何函数，但这种困难是否超过简化的好处是主观的。

2. 您可以执行一些漂亮的技巧，例如智能指针，在不修改运算符的原始语义的情况下为您提供附加功能。

Answer 4

是否可以定义内联运算符 (V1 + V2) ？

不，但它是用 C++ 编写的。