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标题: Lu基于系统内置对象创建扩展数据类型，小矩阵乘效率测试 [打印本页]

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作者: forcal    时间: 2011-10-23 09:37
标题: Lu基于系统内置对象创建扩展数据类型，小矩阵乘效率测试
    本例中，我们将基于系统内置实数数组创建矩阵（matrix）类型，即：基本类型为luDynData_realarray（标识实数数组），扩展类型为matrix（标识矩阵）。为了简单，我们仅处理二维实数数组即矩阵类型。
4 q8 Z3 T) a! Q  A, E# I& r2 N! `
. t+ ^" n" q- q; v* H$ T    基本要点：

    （1）为扩展类型matrix编写运算符重载函数OpMatrix。

    （2）用函数LockKey将重载函数OpMatrix注册到Lu，锁定的键的类型即为matrix，要注册为常量，以便于使用。

- G; v$ ?0 [0 x: @% B4 A    （3）为扩展类型matrix编写其他操作函数（本例未提供）。

    （4）用函数LockKey解锁键matrix（本例中，程序退出时会自动解锁，故可以不用）。

1. #include <windows.h>
   
2. #include <iostream>
   3 N* @% a3 l- b* d/ Q. K1 Y
3. #include <math.h>
   
4. #include "lu32.h"
   
5. 
   
6. #pragma comment( lib, "lu32.lib" )
   8 h7 ^) C7 X4 |4 j+ [! J0 a
7. 
   
8. using namespace std;
   2 q) E2 V4 z' v
9. 
   5 u8 S$ S; P) k/ t( r5 Z
10. luKEY Matrix=-1000;        //标识矩阵类型，最终的Matrix由LockKey决定
    
11. 
    3 O6 {$ ~% n# B
12. void _stdcall LuMessage(wchar_t *pch)//输出动态库信息，该函数注册到Lu，由Lu二级函数调用
    - n3 K2 f$ ^$ _/ o) x# e
13. {
    
14.         wcout<<pch;
    
15. }
    7 M4 _$ y# m, I- Z% p  o
16. void _stdcall DelMatrix(void *me)        //用于LockKey函数，因为是基于系统内置实数数组创建矩阵，故该函数什么也不做
    ; `4 e2 p0 h2 U8 q. \9 R
17. {
    . E0 p0 X; k4 y6 ~' R0 {* \
18. }
    5 u5 g- g% ^+ I  l& E
19. LuData _stdcall OpMatrix(luINT mm,LuData *xx,void *hFor,int theOperator)        //运算符重载函数，用于LockKey函数
    
20. {
    
21.         LuData a;
    ; \3 S. R8 U1 s8 Q6 q
22.         luRealArray *pRealArray1,*pRealArray2,*pRealArray3;
    
23.         luVOID i,j,k,m,n,u,v;
    5 f4 Z" I8 }. R
24.         double *pa,*pb,*pc;
    
25.         luMessage pMessage;
    
26.         wchar_t wchNum[32];
    
27.         char chNum[32];
    : B: m- I& d; U' X: S
28.         a.BType=luStaData_nil; a.VType=luStaData_nil; a.x=0;
    / J0 t* [$ L$ @5 l- [- @" e- ^: D4 l7 _
29.         switch(theOperator)
    ) {. k7 N1 v- P+ y/ z
30.         {
    + T+ x$ m' _) v3 T1 p$ m
31.         case 2:        //重载运算符*
    
32.                 pRealArray1=(luRealArray *)SearchKey((char *)&(xx->x),sizeof(luVOID),luDynData_realarray);
    
33.                 pRealArray2=(luRealArray *)SearchKey((char *)&((xx+1)->x),sizeof(luVOID),luDynData_realarray);
    
34.                 if(!pRealArray1 || !pRealArray2) break;        //对象句柄无效，不是实数数组
    : q$ g# z% d, Z; ]% M- l& D9 t9 Y/ c
35.                 if(pRealArray1->DimLen!=2 || pRealArray2->DimLen!=2) break;        //不是二维实数数组（矩阵）
    
36.                 if(pRealArray1->Dim[1]!=pRealArray2->Dim[0]) break;        //维数不匹配
    
37.                 pRealArray3=(luRealArray *)NewSysObj(luDynData_realarray,pRealArray1->Dim[0]*pRealArray2->Dim[1],2);        //创建矩阵对象
    9 f8 e& `$ H$ M# Q% }
38.                 if(!pRealArray3) break;
    & O8 P% N  i  v: N6 k  R
39.                 pRealArray3->Dim[0]=pRealArray1->Dim[0]; pRealArray3->Dim[1]=pRealArray2->Dim[1];        //设置矩阵维数大小
    " E0 S# V% D4 h: e: b- X0 H; Z
40.                 pa=pRealArray1->Array; pb=pRealArray2->Array; pc=pRealArray3->Array;
    : N# H4 k* s% u( J! m/ g/ i
41.                 m=pRealArray1->Dim[0]; n=pRealArray1->Dim[1]; k=pRealArray2->Dim[1];
    
42.                 for(i=0; i<m; i++)        //矩阵乘
    
43.                 {
    ) k3 K* q; r0 m, {# v
44.                         for(j=0; j<k; j++)
    ( u" C4 E0 l% }6 w' [2 e
45.                         {
    
46.                                 u=i*k+j; pc[u]=0.0;
    # h' `$ R. a8 F) [# N
47.                                 for (v=0; v<n; v++)
    
48.                                 {
    
49.                                         pc[u]=pc[u]+pa[i*n+v]*pb[v*k+j];
    
50.                                 }
    & J8 e) b' Y0 c: w9 r
51.                         }
    
52.                 }
    * ?1 [1 y5 \8 p6 G- m5 A/ z& |- n5 O
53.                 FunReObj(hFor);        //告诉Lu，返回一个动态对象
    2 m' O4 V1 P+ s3 z
54.                 a.BType=luDynData_realarray; a.VType=Matrix; a.x=0; *(luVOID *)&(a.x)=(luVOID)pRealArray3;
    
55.                 break;
    . R' d3 Z4 m- @& X' d6 o
56.         case 25:        //重载运算符.*
    
57.                 pRealArray1=(luRealArray *)SearchKey((char *)&(xx->x),sizeof(luVOID),luDynData_realarray);
    
58.                 pRealArray2=(luRealArray *)SearchKey((char *)&((xx+1)->x),sizeof(luVOID),luDynData_realarray);
    
59.                 if(!pRealArray1 || !pRealArray2) break;        //对象句柄无效，不是实数数组
    7 a7 J4 w# O; L0 D& H# e2 e
60.                 if(pRealArray1->DimLen!=2 || pRealArray2->DimLen!=2) break;        //不是二维实数数组（矩阵）
    8 V) [6 m- @) E! A: E
61.                 if(pRealArray1->Dim[0]!=pRealArray2->Dim[0] || pRealArray1->Dim[1]!=pRealArray2->Dim[1]) break;        //维数不相同
    ( t% z  B* \% H0 M& o7 L
62.                 pRealArray3=(luRealArray *)NewSysObj(luDynData_realarray,pRealArray1->ArrayLen,2);        //创建矩阵对象
    / A6 n, C7 k$ ~( t- |
63.                 if(!pRealArray3) break;
    
64.                 pRealArray3->Dim[0]=pRealArray1->Dim[0]; pRealArray3->Dim[1]=pRealArray1->Dim[1];        //设置矩阵维数大小
    
65.                 for(i=0;i<pRealArray1->ArrayLen;i++) pRealArray3->Array[i]=pRealArray1->Array[i]*pRealArray2->Array[i];//矩阵点乘
    
66.                 FunReObj(hFor);        //告诉Lu，返回一个动态对象
    
67.                 a.BType=luDynData_realarray; a.VType=Matrix; a.x=0; *(luVOID *)&(a.x)=(luVOID)pRealArray3;
    ; S8 J6 E" ^' x$ h( \/ Z  a5 P  U# h* a
68.                 break;
    
69.         case 46:        //重载函数new
    
70.                 a=ExeOperator(mm,xx,hFor,theOperator,luDynData_realarray);        //直接调用基本类型luDynData_realarray的new函数
    
71.                 if(a.VType==luDynData_realarray) a.VType=Matrix;        //设置扩展类型为自定义的Matrix类型
    ' Z3 }) P- I) p1 l. g+ E
72.                 break;
    ! |1 H& v6 ^' h! |' M! H0 ^
73.         case 49:        //重载函数o
    
74.                 pMessage=(luMessage)SearchKey("\0\0\0\0",sizeof(luVOID),luPubKey_User);
    
75.                 if(!pMessage) break;
    9 F* y! j, s, J; C; Q
76.                 pRealArray1=(luRealArray *)SearchKey((char *)&(xx->x),sizeof(luVOID),luDynData_realarray);
    
77.                 if(!pRealArray1) break;        //对象句柄无效，不是实数数组
    ; ^$ v8 _( R8 T$ i" i
78.                 if(pRealArray1->DimLen!=2) break;        //不是二维实数数组（矩阵）
      e$ h% }4 S" m& f
79.                 pa=pRealArray1->Array;
    ! V% Y! \& Z) w; b
80.                 m=pRealArray1->Dim[0]; n=pRealArray1->Dim[1]; k=0;
    
81.                 for(i=0; i<m; i++)        //输出矩阵
    
82.                 {
    
83.                         pMessage(L"\r\n"); k+=2;
    
84.                         for(j=0; j<n; j++)
    
85.                         {
    
86.                                 _gcvt_s(chNum,pa[i*n+j],16);
    
87.                                 for(u=0;chNum[u];u++) {wchNum[u]=chNum[u]; k++;}
    + J9 Z1 a7 i9 y& K
88.                                 wchNum[u]='\0';
    ( O7 [8 D) Y) y' N# h
89.                                 pMessage(wchNum); pMessage(L"  "); k+=2;
    
90.                         }
    # E  [- T, P: Z$ ~; t$ B' ]/ N, N
91.                 }
    
92.                 pMessage(L"\r\n"); k+=2;
    
93.                 a.BType=luStaData_int64; a.VType=luStaData_int64; a.x=k;        //按函数o的要求，返回输出的字符总数
    
94.                 break;
    
95.         default:
    $ F- ?6 z" i4 L9 _2 c& i) Y# X
96.                 break;
    4 i. M' T1 b/ M# W
97.         }
    4 _$ W7 ]9 T0 Z! o$ e+ c
98.         return a;
    
99. }
    ; L4 X0 ?$ A  R- ~, ^0 ~9 i
100. void main(void)
     
101. {
     
102.         void *hFor;                //表达式句柄
     + }/ C; Z9 M, @- R9 s
103.         luINT nPara;                //存放表达式的自变量个数
     
104.         LuData *pPara;                //存放输入自变量的数组指针
     
105.         luINT ErrBegin,ErrEnd;        //表达式编译出错的初始位置和结束位置
     
106.         int ErrCode;                //错误代码
     
107.         void *v;
     ' D0 M. k5 T; t1 x* v
108.         wchar_t ForStr[]=L"o{new[matrix,2,3,data: 0.,1.,2.;3.,4.,5.]*new[matrix,3,2,data: 1.,2.;3.,4.;5.,6.]}";//字符串表达式，矩阵乘
     - s8 u4 S! F+ A' i+ N& w3 }
109.         //wchar_t ForStr[]=L"o{new[matrix,2,3,data: 0.,1.,2.;3.,4.,5.].*new[matrix,2,3,data: 1.,2.,3.;4.,5.,6.]}";//字符串表达式，矩阵点乘
     
110.         LuData Val;
     
111.         if(!InitLu()) return;        //初始化Lu
     - O6 N8 B7 m- e
112.         while(LockKey(Matrix,DelMatrix,OpMatrix)){Matrix++;}        //锁定一个键，用于存储矩阵扩展类型
     
113. 
     $ k0 L/ C! r  ~- j/ _/ _! K
114.         Val.BType=luStaData_int64; Val.VType=luStaData_int64; Val.x=Matrix;        //定义整数常量
     # j3 U' W1 \& {7 h! z+ j' t9 r
115.         SetConst(L"matrix",&Val);        //设置整数常量
     . r% I5 A) Z: V1 G8 _0 D
116.         InsertKey("\0\0\0\0",4,luPubKey_User,LuMessage,NULL,NULL,1,v); //使Lu运行时可输出函数信息
     $ p! S  C$ T. f- d3 t$ X9 j3 F. o9 G
117.         wcout.imbue(locale("chs"));        //设置输出的locale为中文
     ) \" k. B0 k! l" p2 _6 Q- \
118.   
     
119.         ErrCode=LuCom(ForStr,0,0,0,hFor,nPara,pPara,ErrBegin,ErrEnd); //编译表达式
     
120.         if(ErrCode)
     . P" ?  Z6 k" k  P/ ~+ `
121.         {
     
122.                 wcout<<L"表达式有错误！错误代码："<<ErrCode<<endl;
     
123.         }
     
124.         else
     : e3 [2 a% J8 x# |2 g  F/ b3 p
125.         {
     ) Y3 M/ E) J1 P9 k- X  t! b- m
126.                 LuCal(hFor,pPara);        //计算表达式的值
     
127.         }
     5 b5 L# q6 W9 T% i' N0 x* h: z9 B
128.         LockKey(Matrix,NULL,OpMatrix);//解锁键Matrix，本例中，该函数可以不用
     - }: _  T- x4 {7 L
129.         FreeLu();                        //释放Lu
     # n) t' G7 _$ K3 Y  {
130. }

复制代码

习题：
- H  E7 }( o- x8 |# W
    （1）自定义矩阵的加、减、左除、右除、点左除等运算，自编测试字符串代码，重新编译运行程序，观察计算结果。

2 s. F! o6 @4 C    （2）小矩阵乘效率测试。编译运行以下Lu字符串代码：

1. main(:a,b,c,d,t,i)=
     y+ c- N7 d" V
2.     a=new[matrix,2,2,data:1.,2.,2.,1.],
   
3.     b=new[matrix,2,2,data:2.,1.,1.,2.],
   
4.     c=new[matrix,2,2,data:2/3.,-1/3.,-1/3.,2/3.],
   
5.     t=clock(),
   
6.     d=a*b, i=0, while{i<1000000, d=d*c*b, i++},
   
7.     o{d, "time=",[clock()-t]/1000.," seconds.\r\n"}

复制代码

C/C++中的字符串定义为：

1. wchar_t ForStr[]=L"main(:a,b,c,d,t,i)= a=new[matrix,2,2,data:1.1,2.,2.,1.], b=new[matrix,2,2,data:2.,1.,1.,2.], c=new[matrix,2,2,data:2/3.,-1/3.,-1/3.,2/3.], t=clock(), d=a*b, i=0, while{i<1000000, d=d*c*b, i++}, o{d, \"time=\",[clock()-t]/1000.,\" seconds.\r\n\"}";//字符串表达式

复制代码

结果：

1. 4. 5.
   8 g6 i1 P9 f3 O' ]6 ~6 Z
2. 5. 4.
   
3. time=0.875 seconds.
   5 K) Z% O0 ?; v# |! H- c
4. 请按任意键继续. . .

复制代码

Matlab 2009a 代码：

1. a=[1.,2.;2.,1.];
   + l; U& P4 O& d1 T7 y! S3 M
2. b=[2.,1.;1.,2.];
   ) r- b! m& _, R0 y6 x2 G
3. c=[2/3.,-1/3.;-1/3.,2/3.];
   5 |8 C: M9 }1 S( ?0 N) W
4. tic,
   - y6 F1 ]2 Y3 V0 }1 V: |
5. d=a*b;
   
6. for i=1:1000000
   
7.     d=d*c*b;
   
8. end
   1 _5 i5 ?1 Z0 X5 W2 l5 Z( T2 z/ n
9. d,
   3 V4 w" K$ U  ?& @# y1 {% G
10. toc

复制代码

结果：

1. d =
   
2.      4     5
   
3.      5     4
   ) r# K; u5 K+ ^) v2 t8 e1 D
4. Elapsed time is 2.903034 seconds.

复制代码

本例矩阵乘效率测试，Lu的速度超过了Matlab，主要在于Lu有更高的动态对象管理效率。
: I  g! e% w3 B

---

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