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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

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    [LV.1]初来乍到

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    1#
    发表于 2011-10-23 09:37 |只看该作者 |正序浏览
    |招呼Ta 关注Ta
        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。
    2 D6 Q3 ^. o* z# e8 h5 }& a% l& |9 g0 X$ e! S8 h
        基本要点:
    ( I* B" ]5 e$ ]/ N
    5 e4 \8 i; S+ N1 q: Q" W    (1)为扩展类型matrix编写运算符重载函数OpMatrix。
    * ?, Z4 t% h  R* @2 b
    , C1 L4 Q+ h# N3 X1 D) h5 ?1 m    (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。6 p* P' L8 g' J- ]

    $ H# ]- P( e. e9 x9 j    (3)为扩展类型matrix编写其他操作函数(本例未提供)。  R  f- X7 |8 P

    5 [+ }* u7 n- J% e    (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>/ x4 r# A) T; X% y
    2. #include <iostream>6 @0 N4 I1 D! a6 \- c- X
    3. #include <math.h>
    4. 1 F& @1 J. @! j, A
    5. #include "lu32.h"; T. v( Z3 s1 M1 o+ w
    6. , a  c  P) A3 d+ M: p
    7. #pragma comment( lib, "lu32.lib" )7 x, a6 i; g7 q( x+ y' g5 w: K% u! X

    8. ; B% b6 H* @' B
    9. using namespace std;: V: c& s8 c% L( }7 C& m3 `6 r3 q
    10. 3 E\\" `: {, t% I
    11. luKEY Matrix=-1000;        //标识矩阵类型,最终的Matrix由LockKey决定
    12. , U# p' j2 ~- Q4 X' r

    13. ) W  o6 h. a, e\\" H
    14. 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 4 ?9 a7 O% v) i1 I5 [
    15. {- N( G3 c- i5 m, A. B+ t
    16.         wcout<<pch;
    17. * K7 Y2 W1 w; F1 e; C
    18. }
    19. # L/ T4 h3 n% K8 F
    20. 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 g4 t( n8 m) D1 ]
    21. {
    22. 1 q' c& I/ `4 K! a. y
    23. }
    24. 7 t& {# V, m+ G4 W
    25. LuData _stdcall OpMatrix(luINT mm,LuData *xx,void *hFor,int theOperator)        //运算符重载函数,用于LockKey函数
    26. & c( h\\" U  _6 u: C: q; s
    27. {
    28. \\" ?2 t* D# D  Y
    29.         LuData a;
    30. / P! H* A6 [8 I6 h( n0 {; b4 ~
    31.         luRealArray *pRealArray1,*pRealArray2,*pRealArray3;
    32. ; \  D# r; Y+ c8 _0 H3 ^: N! O
    33.         luVOID i,j,k,m,n,u,v;
    34. ! k* U+ @- J9 S. \9 V, n6 D
    35.         double *pa,*pb,*pc;! i2 E; h; J$ I8 P, J
    36.         luMessage pMessage;3 J$ Y2 o9 d; ?  v( J$ g
    37.         wchar_t wchNum[32];
    38. ( P( |% x9 p4 ^5 c8 Q
    39.         char chNum[32];! l# O5 Z- T2 Z\\" ]# q8 A
    40.         a.BType=luStaData_nil; a.VType=luStaData_nil; a.x=0;
    41. 9 [$ c$ y# d  X: f4 Z
    42.         switch(theOperator)7 I6 M6 L: C/ z9 N) s
    43.         {  U2 h9 _6 f4 O  U4 S
    44.         case 2:        //重载运算符*( E8 u5 e( Y! w
    45.                 pRealArray1=(luRealArray *)SearchKey((char *)&(xx->x),sizeof(luVOID),luDynData_realarray);$ G$ Y! R+ c\\" d9 z; Q6 n5 t
    46.                 pRealArray2=(luRealArray *)SearchKey((char *)&((xx+1)->x),sizeof(luVOID),luDynData_realarray);
    47. + o$ y7 `) W; ~& O* ~/ w3 R
    48.                 if(!pRealArray1 || !pRealArray2) break;        //对象句柄无效,不是实数数组+ G& K: |2 O% M$ F0 g
    49.                 if(pRealArray1->DimLen!=2 || pRealArray2->DimLen!=2) break;        //不是二维实数数组(矩阵)
    50.   Q9 E  J. N! L) ^) v* e
    51.                 if(pRealArray1->Dim[1]!=pRealArray2->Dim[0]) break;        //维数不匹配$ k( J0 i7 J3 K% U0 l  A
    52.                 pRealArray3=(luRealArray *)NewSysObj(luDynData_realarray,pRealArray1->Dim[0]*pRealArray2->Dim[1],2);        //创建矩阵对象! U4 t0 x# z$ g/ |# _. n- e
    53.                 if(!pRealArray3) break;
    54. 0 H9 G# g: o+ P; u* {* q* Y
    55.                 pRealArray3->Dim[0]=pRealArray1->Dim[0]; pRealArray3->Dim[1]=pRealArray2->Dim[1];        //设置矩阵维数大小
    56. . R( L1 b$ Y% W+ g
    57.                 pa=pRealArray1->Array; pb=pRealArray2->Array; pc=pRealArray3->Array;# r/ o4 |/ w% x: s4 T9 z! l9 X
    58.                 m=pRealArray1->Dim[0]; n=pRealArray1->Dim[1]; k=pRealArray2->Dim[1];
    59. 3 P& N8 x( A8 G7 a+ f
    60.                 for(i=0; i<m; i++)        //矩阵乘4 e- c0 C# G6 h$ l7 h
    61.                 {
    62. 6 h8 V4 ]+ t( K8 ]5 W# _3 M
    63.                         for(j=0; j<k; j++)* q2 y; c3 f7 X) Z\\" c1 Y) s
    64.                         {
    65. \\" I/ [$ z6 L8 B* W3 ^3 {  k) R2 o5 M
    66.                                 u=i*k+j; pc[u]=0.0;
    67. 5 J  K4 m  `. A7 y1 z; ]
    68.                                 for (v=0; v<n; v++); G6 y' e$ t0 m6 ~
    69.                                 {\\" q1 x# _7 e7 T- v- S
    70.                                         pc[u]=pc[u]+pa[i*n+v]*pb[v*k+j];
    71. ; ?+ ?& v( B, X& b: y  M
    72.                                 }6 p/ w/ M: d* Z  s
    73.                         }
    74. $ T. b! ?0 m- c+ W. N; {
    75.                 }
    76. $ H2 y: L5 \! _( j% I
    77.                 FunReObj(hFor);        //告诉Lu,返回一个动态对象
    78. ' \! ~9 w0 }  t2 A$ R' y! o
    79.                 a.BType=luDynData_realarray; a.VType=Matrix; a.x=0; *(luVOID *)&(a.x)=(luVOID)pRealArray3;
    80. , g9 }1 v; m2 L2 R\\" N' S2 q) J\\" G
    81.                 break;! `: k) `4 j5 F( e  ]9 N8 R
    82.         case 25:        //重载运算符.*( R& }% U  c& b2 C
    83.                 pRealArray1=(luRealArray *)SearchKey((char *)&(xx->x),sizeof(luVOID),luDynData_realarray);
    84. ) S4 N+ w4 Y, E6 W% B# C6 h
    85.                 pRealArray2=(luRealArray *)SearchKey((char *)&((xx+1)->x),sizeof(luVOID),luDynData_realarray);8 ]0 V0 v) z8 U5 U3 d
    86.                 if(!pRealArray1 || !pRealArray2) break;        //对象句柄无效,不是实数数组& K6 m8 [' I* Q! L
    87.                 if(pRealArray1->DimLen!=2 || pRealArray2->DimLen!=2) break;        //不是二维实数数组(矩阵)
    88. 1 I  a% W6 y# ?
    89.                 if(pRealArray1->Dim[0]!=pRealArray2->Dim[0] || pRealArray1->Dim[1]!=pRealArray2->Dim[1]) break;        //维数不相同
    90. 7 Q7 n8 K! O/ h! R\\" j: ~
    91.                 pRealArray3=(luRealArray *)NewSysObj(luDynData_realarray,pRealArray1->ArrayLen,2);        //创建矩阵对象
    92. % S+ @- q/ Z, g6 t- P+ v: f, N
    93.                 if(!pRealArray3) break;- A$ Z0 B' v4 R2 C- y\\" S: o
    94.                 pRealArray3->Dim[0]=pRealArray1->Dim[0]; pRealArray3->Dim[1]=pRealArray1->Dim[1];        //设置矩阵维数大小
    95. % N- d9 O) ]' H5 @6 n5 R+ {# d
    96.                 for(i=0;i<pRealArray1->ArrayLen;i++) pRealArray3->Array[i]=pRealArray1->Array[i]*pRealArray2->Array[i];//矩阵点乘
    97. 7 D\\" T& F6 v- x& O\\" A4 D, Z# a
    98.                 FunReObj(hFor);        //告诉Lu,返回一个动态对象. {8 u+ W1 D* R0 u+ H% K- x( `
    99.                 a.BType=luDynData_realarray; a.VType=Matrix; a.x=0; *(luVOID *)&(a.x)=(luVOID)pRealArray3;2 Q1 I& q/ d5 v: I& u
    100.                 break;# q6 x2 Q5 @* K  f$ k) R
    101.         case 46:        //重载函数new
    102. 5 j5 A. \4 _( R2 e# P, w
    103.                 a=ExeOperator(mm,xx,hFor,theOperator,luDynData_realarray);        //直接调用基本类型luDynData_realarray的new函数
    104. ) v- [( |( y, m\\" I
    105.                 if(a.VType==luDynData_realarray) a.VType=Matrix;        //设置扩展类型为自定义的Matrix类型) ^, \& e& h' |3 s
    106.                 break;% j9 d, m: q5 {8 m# ?
    107.         case 49:        //重载函数o; a' C% Q! Y8 V7 ~
    108.                 pMessage=(luMessage)SearchKey("\0\0\0\0",sizeof(luVOID),luPubKey_User);
    109. / Z, H* I8 R, {2 f% G5 [
    110.                 if(!pMessage) break;1 Z2 D! R2 g! S# |, \: l. W
    111.                 pRealArray1=(luRealArray *)SearchKey((char *)&(xx->x),sizeof(luVOID),luDynData_realarray);2 D: r3 N- v9 @  {0 I
    112.                 if(!pRealArray1) break;        //对象句柄无效,不是实数数组
    113. 8 V  D\\" _( @7 \, Q
    114.                 if(pRealArray1->DimLen!=2) break;        //不是二维实数数组(矩阵)
    115. 9 N# B- t, Z: }- q
    116.                 pa=pRealArray1->Array;
    117. 7 p; N+ O, E% T
    118.                 m=pRealArray1->Dim[0]; n=pRealArray1->Dim[1]; k=0;
    119. ! ]0 y5 I  |) @- ~
    120.                 for(i=0; i<m; i++)        //输出矩阵; F\\" W1 U+ H  Q( u\\" G, l) h- Z8 Q9 i- L# ?
    121.                 {; |4 I3 l: c3 Z! r- p* x
    122.                         pMessage(L"\r\n"); k+=2;- g# w* u& F2 X
    123.                         for(j=0; j<n; j++)
    124. 5 J+ L- V5 E. Z# ]4 F
    125.                         {
    126. 9 g: y- c/ k2 ~0 x8 x\\" Y+ b
    127.                                 _gcvt_s(chNum,pa[i*n+j],16);: t/ y6 Z: g1 r1 ]
    128.                                 for(u=0;chNum[u];u++) {wchNum[u]=chNum[u]; k++;}
    129. # k0 I) t7 e4 P: e! M8 C
    130.                                 wchNum[u]='\0';
    131. 9 k7 L6 S, \4 B/ W- ?: u! ]
    132.                                 pMessage(wchNum); pMessage(L"  "); k+=2;
    133. % D\\" i& l- _# e) U) l. d0 q
    134.                         }
    135. 2 w$ Y6 t1 V* o: Z0 ]/ E/ O* w
    136.                 }/ q( b# ]( p! P* i% d& O
    137.                 pMessage(L"\r\n"); k+=2;1 W, I& Y\\" [, G
    138.                 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0 N4 L; a# _, T3 c; z! s% I
    139.                 break;
    140. 4 u9 @& M! q2 h! Q; ?' ]7 _
    141.         default:
    142. 7 e9 c; T0 T\\" E
    143.                 break;
    144. 8 Z5 M& v4 e2 N\\" D* |! ~0 D
    145.         }
    146. # P+ q) ]; z, h4 A) B! |
    147.         return a;
    148. 4 b5 p' A; }/ o
    149. }
    150. ; p/ j, h3 ~/ v- C2 Q8 B
    151. void main(void)) b1 {: ^\\" D6 @+ c# _* ~1 r5 ~( q
    152. {
    153. . G' H\\" ~# }1 w
    154.         void *hFor;                //表达式句柄
    155. ) a4 l6 ^5 D% {\\" D: Y& u- O
    156.         luINT nPara;                //存放表达式的自变量个数$ f) {, t2 `6 I+ Z9 B. V
    157.         LuData *pPara;                //存放输入自变量的数组指针
    158. # ]+ a3 Q  N( H4 z7 K
    159.         luINT ErrBegin,ErrEnd;        //表达式编译出错的初始位置和结束位置
    160. + Z\\" m6 }7 @9 M9 _
    161.         int ErrCode;                //错误代码
    162. # Y  b* d7 ^2 p+ z0 }6 }6 J
    163.         void *v;
    164. ! y1 W) F/ V3 P& H, \% b5 X) M
    165.         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6 z! o7 z& X- ?
    166.         //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& ~$ {  a9 s$ F5 v
    167.         LuData Val;: g) z\\" U9 n0 Z% L
    168.         if(!InitLu()) return;        //初始化Lu; E! x0 v( C( `9 V7 y3 i9 i
    169.         while(LockKey(Matrix,DelMatrix,OpMatrix)){Matrix++;}        //锁定一个键,用于存储矩阵扩展类型( n# J- p* M- ]% j1 I

    170. # z# A( F+ h/ V) ?, Y\\" D3 @
    171.         Val.BType=luStaData_int64; Val.VType=luStaData_int64; Val.x=Matrix;        //定义整数常量
    172. 0 [# |$ a\\" [4 w\\" \; N+ d$ e. ~
    173.         SetConst(L"matrix",&Val);        //设置整数常量
    174. / m  t$ `) o3 u4 _% O
    175.         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
    176. / M5 B* ?- Q' {( P
    177.         wcout.imbue(locale("chs"));        //设置输出的locale为中文
    178. + `; p- h0 e; y1 Y
    179.   . K# X) m7 `  n* [6 g; \+ O5 g
    180.         ErrCode=LuCom(ForStr,0,0,0,hFor,nPara,pPara,ErrBegin,ErrEnd); //编译表达式+ F3 @  H3 G5 I9 P! b! i8 O
    181.         if(ErrCode), @6 ], B0 _/ A3 e3 x
    182.         {5 _& g$ S! x. q- e
    183.                 wcout<<L"表达式有错误!错误代码:"<<ErrCode<<endl;
    184. 6 @- @6 o* U: \8 Y. O1 ]9 L1 ]
    185.         }
    186. 5 _# Y, _# B) g
    187.         else) U$ f) A' K$ ], g$ e4 B- L# v
    188.         {
    189. - q5 c, M/ B: W+ [+ F+ k* H/ v
    190.                 LuCal(hFor,pPara);        //计算表达式的值5 _2 {( k, X9 u1 e9 ?' T
    191.         }
    192. ' W; U: i+ l) r
    193.         LockKey(Matrix,NULL,OpMatrix);//解锁键Matrix,本例中,该函数可以不用6 P. t! o' G( c8 A* s% v
    194.         FreeLu();                        //释放Lu' T! M* o- {- ~
    195. }
    习题:, Y: F& o4 ]0 r) `' m# B

    * r' Z# X6 @# f" V9 h: S    (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。
    - @" E. O3 M5 d! h2 [( S/ p( [0 t4 g3 H" x' T) d1 _2 O
        (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)=3 o& f8 m: h$ k* S1 L, s+ e
    2.     a=new[matrix,2,2,data:1.,2.,2.,1.],
      2 w6 C0 L\" i' P: u  o7 l5 {; c) D
    3.     b=new[matrix,2,2,data:2.,1.,1.,2.],
        l( {* e4 J  n7 ]# E; G) K
    4.     c=new[matrix,2,2,data:2/3.,-1/3.,-1/3.,2/3.],4 Q! u+ y6 r' E/ ^! E+ }8 ^
    5.     t=clock(),' g: J, Y7 y$ y+ b7 e5 g% J
    6.     d=a*b, i=0, while{i<1000000, d=d*c*b, i++},- F9 s3 M4 I, b. n\" ]+ x5 `, H
    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.
      2 D6 I) V' x: k9 F- y5 W5 y, p& f
    2. 5. 4.
      9 g. _( |$ s: E6 k5 ]7 i
    3. time=0.875 seconds.
      5 }9 ^  W6 z+ Q% z- O' l! M
    4. 请按任意键继续. . .
    复制代码
    Matlab 2009a 代码:
    1. a=[1.,2.;2.,1.];2 e8 p3 r, X, P) C
    2. b=[2.,1.;1.,2.];
      , Z# J# W% c/ }0 R9 F
    3. c=[2/3.,-1/3.;-1/3.,2/3.];. ]! o# c$ J  S6 K
    4. tic,# C5 A% W9 O6 n5 ~- _4 N+ V
    5. d=a*b;
      7 s4 @5 S3 z3 k
    6. for i=1:1000000
      7 }5 c$ E% l& P- }& y4 P& `/ L
    7.     d=d*c*b;
      , _- ?2 C3 A! ]
    8. end7 S: y# g6 d: h! P
    9. d,
      3 p$ u% \$ j/ i  I( s
    10. toc
    复制代码
    结果:
    1. d =# u4 u% f4 s: h3 l8 N\" X
    2.      4     5
      + q0 S\" U4 d! o9 n
    3.      5     4
      ! N8 I: D) H0 e# i
    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。
    4 j, q( A) k0 ~9 c3 d' \
    zan
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