为一组函数使用 C++ 函数模板答案

【问题标题】：Using C++ function templates for a group of functions为一组函数使用 C++ 函数模板
【发布时间】：2015-12-02 05:53:05
【问题描述】：

根据从 8x8 到 20x20 的矩阵大小，我有不同的方阵乘法函数。这些函数彼此不同，因为每个函数都采用不同的优化策略，即不同的循环排列和不同的循环展开因子。矩阵大小在程序的生命周期内是不变的。我的目标是减少决定必须使用哪个功能的时间。例如，一个简单的实现是：

 if (matrixSize == 8) C = mxm8(A, B);
 else if (matrixSize == 9) C = mxm9(A,B);
 ...
 else if (matrixSize == 20) C = mxm20(A,B);

在这种情况下，决定每次矩阵乘法使用哪个函数所花费的时间是非常重要的。是否可以立即调用适当的函数，或者使用 C++ 函数模板？

【问题讨论】：

如果matrixSize 是编译时常量，那么我完全期望优化编译器在编译时选择分支，并生成相当于单个函数调用的机器代码。如果matrixSize 不是编译时常量，那么模板无论如何也无济于事——在运行时不必进行分支。
The time taken to decide which function to use for every matrix multiplication is non-trivial in this case. 恕我直言，我觉得这很难相信。你有没有在非调试优化的构建上实际测量过这个时间？
谢谢。我认为矩阵大小可以作为编译时间常数，因为与运行时间相比，编译时间可以忽略不计。尽管我没有测量分支的时间，但我可以看到当在我的应用程序中有大量调用此函数时它很受欢迎 - 100,000 甚至更多。
如果它不是编译时间常数，那么改变逻辑以使用 switch 语句可能会有所帮助 - 尽管一个好的优化编译器可能会以与 switch 相同的方式优化上述内容。
在最简单的情况下：创建一个全局变量Matrix (*mxm)(Matrix, Matrix)（调整类型以适应口味）。一旦知道大小，设置mxm指向对应的函数；你只会分支一次。之后，只需拨打mxm。

【解决方案1】：

如果矩阵大小在程序的生命周期内是不变的，那么您可以使用std::array 中的std::array 作为矩阵类型。然后你可以有一个乘法函数并为你支持的不同类型重载它，并且选择将在编译时完成。

如果您为矩阵使用一些自定义类，您可以调整这种方法，并将其设置为模板类，其中大小是模板参数。

【讨论】：

【解决方案2】：

如果矩阵大小在编译时是已知的，你可以有类似的东西：

constexpr auto matrixSize = 8;
C = mxm<matrixSize>(A, B);

并为任何已知大小提供专业化。

如果您在编译时不知道大小，则无论如何都可以将函数存储在映射中，如下所示：

map<size_t, function<matrix (const matrix&, const matrix&>> multipliers;
multipliers.insert(make_pair(8, mxm8));

然后使用类似的东西：

C = multipliers[matrixSize](A, B);

【讨论】：

谢谢。使用地图也是一个好主意。比 if-then-else 块快得多，并且消除了编译时间选项的约束。
@Tania，实际上使用 unordered_map 应该更快。
@Tania：我认为地图实际上会比 if-else 块慢，因为它涉及动态分配。您可以使用 switch-case 构造来代替映射，这通常会被编译器优化为跳转表，这比这里的映射更好。
感谢 Chris 的洞察力。
@ChrisBeck 虽然我同意您的评论，但维护 if-else 块可能会在以后变得令人头疼。有一个地方来初始化地图并在那里添加东西更简单恕我直言。