用于数值优化的 c 回调函数

Question

我的应用程序库需要调用优化例程：

 err = optim(int n, double *x, double *f, void *obj)

然后例程将调用目标函数来请求目标函数值。

 void obj(int n, double *x, double *f)

optim() 是外部库的一部分。 optim() 和 obj() 的签名是固定的。

函数obj() 需要访问包含在单个对象“模型”中的数据。所有其他函数都传递指向模型对象的指针。因此，运行优化器的调用可能类似于：

 err = doOptimize(model)

doOptimize() 将设置问题并致电optim()

 err= optim(model->n, model->x, model->f, model->obj)

问题是，除了n、x 和f 之外，obj() 函数能否访问驻留在model 对象中的变量？ obj() 函数需要调用其他需要 model 对象来进行实际计算的函数：

    updateParms(model);
    computeF(model);

我不确定obj() 在没有实际句柄的情况下如何进行这些调用？以下可以工作吗？

    updateParms();
    computeF();      

谢谢，

Answer 1

由于您无法修改optim() 或obj() 的签名，您需要创建一个中间步骤来执行对obj() 函数的真正调用。根据需要一次进行多少次优化调用，这可以像保存模型指针的全局/静态变量一样简单，例如：

void obj(struct model *m, int n, double *x, double *f)
{
    /* Access to all information here */
}

static struct model *optim_model;

void obj_caller(int n, double *x, double *f)
{
    obj(optim_model, n, x, f);
}

int doOptimize(struct model *m)
{
    optim_model = m;
    return optim(m->n, m->x, m->f, obj_caller);
}

或者，如果您需要更高级或不喜欢使用单个全局，并且可以使用 n 参数作为标识符，您可以使用该标识符来调用多个优化模型：

void obj(struct model *m, int n, double *x, double *f)
{
    /* Access to all information here */
}

#define MAX_MODELS (10)
static struct model *optim_models[MAX_MODELS] = {0};

void obj_caller(int n, double *x, double *f)
{
    for (int i = 0; i < MAX_MODELS; i++)
    {
        if (optim_models[i]->n == n)
        {
            obj(optim_models[i], n, x, f);
            break;
        }
    }
}

int doOptimize(struct model *m)
{
    return optim(m->n, m->x, m->f, obj_caller);
}

int main(void)
{
    struct model m1;
    struct model m2;

    m1.n = 1;
    optim_models[0] = &m1;

    m2.n = 2;
    optim_models[1] = &m1;

    int err = doOptimize(&m2);
}

如果需要，我相信您可以找到一种更合适的方法来存储多个模型，例如具有真实标识符的链表。

Answer 2

是的，也不是。

当然，您的函数obj 可以像访问任何其他内存一样访问模型，但我没有看到任何机制让它知道model 的地址。

您需要向obj 添加另一个参数，用于传递model 指针。

在 C++ 中，您可能会通过使 obj 成为 Class Model 的“成员”来做到这一点。然后编译器将添加一个名为this 的隐藏参数（它为所有成员函数执行此操作），其中包含指向对象实例“模型”的指针。如果你想在纯 C 中实现同样的效果，那么你必须传递你自己的 this 指针（但你可以随意调用它）。

所以，是这样的：

... doOptimize (... model)
{
  ....
  optim (model->n, model->x, model->x, model)
  ....
}

... optim (int n, double *x, double *f, ... model)
{
  ....
  model->obj (n, x, f, model);
  ....
}

void obj (int n, double *x, double *f, ... model)
{
   /* use n, x, and f */
   /* use model->stuff */
}

当然，如果您总是使用相同的n、x 和f，那么您只需传递model。

顺便说一句，不要将void * 用作函数指针：这不是一个好主意。