从稀疏数据结构到量化数据类型 by 彭于斌（ @archibate ） 往期录播： https://www.bilibili.com/video/BV1fa411r7zp 课程 PPT 和代码： https://github.com/parallel101/course 本课涵盖：稀疏矩阵、 unordered_map 、空间稀 疏网格、位运算、浮点的二进制格式、内存带宽优 化 面向人群：图形学、 >> 3 。 >> 2 = 位运算 >> 对负数的处理 signed 类型的 >> n 会把最高位复制 n 次。 因为补码的特性，这导致负数 >> 的结果仍是负 数。 这样就实现了和 Python 一样的始终向下取整除 法。 >> 2 = unsigned 类型的位运算 >> 不一样 而 unsigned 类型的 >> n 会不会复制最高位， 只是单纯的位移，这会导致负数的符号位单独被位 只是单纯的位移，这会导致负数的符号位单独被位 移，补码失效，造成结果不对。 unsigned 类型的 >> 会生成 shr 指令， signed 类型的 >> 会生成 sar 指令。 我们需要负方向无限延伸的稀疏数据结果，那就只 要 signed 那个就行。 >> 2 = 没有重合时可以用高效的加法：位运算 | • 如果可以保证 a 和 b 满足 a & b = 0 ， 如： • 1011000 和 0000110

我知道可以用 accumulate 啦！但是为了引出 lambda 表达式…… 近现代： C++11 引入了 lambda 表达式 现代： C++14 的 lambda 允许用 auto 自动推断类型 当代： C++17 CTAD / compile-time argument deduction / 编 译期参数推断 当代： C++17 引入常用数值算法 未来： C++20 引入区间（ ranges C++17 标准，有时会谈到 C++20 作为扩展阅读。 C++ 有哪些面向对象思想？ C++ 思想：封装 比如要表达一个数组，需要：起始地址指针 v ，数组大小 nv 将多个逻辑上相关的变量包装成一个类 因此 C++ 的 vector 将他俩打包起来，避免程序员犯错 封装：不变性 比如当我要设置数组大小为 4 时，不能只 nv = 4 还要重新分配数组内存，从而修改数组起始地址 v 常遇到： 为成员函数 不变性：请勿滥用封装 • 仅当出现“修改一个成员时，其他也成员要 被修改，否则出错”的现象时，才需要 getter/setter 封装。 • 各个成员之间相互正交，比如数学矢量类 Vec3 ，就没必要去搞封装，只会让程序员 变得痛苦，同时还有一定性能损失：特别 是如果 getter/setter 函数分离了声明和定 义，实现在另一个文件时！ C++ 思想： RAII

com/zenustech/zeno/tree/zeno2 • Zeno 1.0 所在的分支： https://github.com/zenustech/zeno/ Zeno 中的基本类型 • IObject 一切对象的公共基类。 • INode 一切节点的公共基类。 多态的经典案例 • IObject 具有一个 eatFood 纯虚函数，而 CatObject 和 DogObject 继承自 IObject ，他 string m_catFood 。所以 这里的解构函数也是多态的，他根据类型的不同 调用不同派生类的解构函数。 多态用于设计模式之“模板模式” • 这样之后如果有一个任务是要基于 eatFood 做文章，比如要重复 eatFood 两遍。 • 就可以封装到一个函数 eatTwice 里，这个函数只需接受他们共同的基类 IObject 作为参数，然后调 用 eatFood 这个虚函数来做事（而不是直接操作具体的猫和狗本身）。 指针所指向的类型，也就是当前所在类的类型 。 • 宏的缺点是他不遵守命名空间的规则，宏的名 字是全局可见的，不符合 C++ 的高大尚封装思 想。 • 宏： IOBJECT_DEFINE_CLONE • 高大尚 C++ 封装： zeno::IObject::clone() 如何批量定义 clone 函数？ • 另一种方法是定义一个 IObjectClone 模板 类。其模板参数是他的派生类

这些整数就用于是表示这些 可显示字符 (printable character) 的。 计算机如何表达字符 • 除了可显示字符 (printable character) 外， ASCII 还规定了一 类特殊的控制字符 (control character) ： • 0 表示空字符（‘ \0’ ） • 9 表示 Tab 制表符（‘ \t’ ） • 10 表示换行（‘ \n’ ） • 13 表示回车（‘ 命令行中启动 cat 。 • 试试按 Ctrl+R ， Ctrl+E ， Ctrl+C 等一系列 组合键，看到出现了什么？ • 可以看到显示的字符变成了 ^R ^E ^C 等… … • 这是 Unix 类系统显示控制字符的一种方式 。 • 众所周知，我们常用 Ctrl+C 来发送中断信号 （ SIGINT ）强制终止程序，这时常常会看到 一个 ^C 的字样，就是这样出现的。这里我 们的 cat 程序收到 后一次性显示出来的，并不是真的说 Ctrl 就是 ‘ ^’ 这 个字符。 C 语言字符串 第 2 章 C 语言中的字符类型 char • char c = ‘a’; • assert(c == 97); • c = c + 1; • assert(c == ‘b’); • C 语言中规定字符类型为 char 类型，是个 8 位整数。 • 这是因为 ASCII 码只有 0~127 这些整数，而 8 位整数的表示范围是

2” 这个 功能，需要： 为什么面向对象在 HPC 不如函数式和元编程香了？ 这个例子要是按传统的面向对象思想，可能是这样： 令 Int, Float, Double 继承 Numeric 接口类并实现 ，其中 multiply(int) 作为虚函数。然后定义： Numeric *twice(Numeric *t) { return t->multiply(2); } 且不说这样的性能问题，你忍得住寂寞去重复定义好 multiply(Numeric *) 的话 依然会违背你们的开 - 闭原则：比如 3.14f * 3 ，两 端是不同的类型，怎么处理所有可能类型的排列组合 ？ 不如放弃类和方法的概念，欣然接受全局函数和重载 。 模板函数：定义 • 使用 template • 其中 T 可以变成任意类型。 • 调用时 twice 即可将 T 替换为 int 。 • 注意有的教材上写做： • template • 是完全等价的，只是个人喜好不同。 模板函数：自动推导参数类型 • 那这样需要手动写 ， 用起 来还不如重载方便了？ • 别担心， C++ 规定： • 当模板类型参数 T 作为函数参数时，则可 以省略该模板参数。自动根据调用者的参 数判断。 模板函数：特化的重载 • 有时候，一个统一的实现（比如 t

vector 容器 vector 容器：构造函数 • vector 的功能是长度可变的数组，他里面的数据 存储在堆上。 • vector 是一个模板类，第一个模板参数是数组里 元素的类型。 • 例如，声明一个元素是 int 类型的动态数组 a ： • vector a; vector 容器：构造函数和 size • vector 可以在构造时指定初始长度。 • explicit vector(initializer_list list); • explicit vector(size_t n); vector 容器：构造函数 • 这在对于只能用花括号初始化的类成员来说，就 有很大问题： • vector a{4}; • 会得到长度为 1 只有一个元素 4 的数组。 • 但还是可以用这种写法强制调用显式构造函数： • vector vector(initializer_list list); • explicit vector(size_t n); vector 容器：构造函数 • 这在对于只能用花括号初始化的类成员来说，就 有很大问题： • vector a{4}; • 会得到长度为 1 只有一个元素 4 的数组。 • 但还是可以用这种写法强制调用显式构造函数： • vector

3000000 微秒，也就是 3 秒 • C 语言原始的 API ，没有类型区分，导致很容易弄错单位，混淆时间点和时间段。 • 比如 t0 * 3 ，乘法对时间点而言根本是个无意义的计算，然而 C 语言把他们看做一样的 long 类型，从而容易让程序员犯错。 C++11 引入的时间标准库： std::chrono • 利用 C++ 强类型的特点，明确区分时间点与时间段，明确区分不同的时间单位。 • • 时间点例子： 2022 年 1 月 8 日 13 点 07 分 10 秒 • 时间段例子： 1 分 30 秒 • 时间点类型： chrono::steady_clock::time_point 等 • 时间段类型： chrono::milliseconds ， chrono::seconds ， chrono::minutes 等 • 方便的运算符重载：时间点 + 时间段 = 时间点，时间点 案例：计算花费的时间 时间段：作为 double 类型 duration_cast 可以在任意的 duration 类型之间转换 duration 表示用 T 类型表示，且时间单位是 R R 省略不写就是秒， std::milli 就是毫秒， std::micro 就是微秒 seconds 是 duration 的类型别名 milliseconds 是 duration

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defl; • } • } • 封装成函数方便使用： • auto val = map_get(m, “key”, “default”); • ss map 常用函数不同情况下的行为分析 类型 C++ 代码 key 已存在 key 不存在 读取 val = m.at(key) 读取这个值 抛出 out_of_range 异常 val = m[key] 读取这个值 创建并零初始化（默认构造函数） 删除这个值 默默放弃 小彭老师四定律： 读取，要用 at 。 写入，要用 [] 。 判断存在，用 count 。 删除，用 erase 。 这四个已经够用了。 map 常用函数不同情况下的行为分析 类型 C++ 代码 key 已存在 key 不存在 读取 val = m.at(key) 读取这个值 抛出 out_of_range 异常 val = m[key] 读取这个值 创建并零初始化（默认构造函数） 判断是否存在，用 m.count(key) 若存在则删除，用 m.erase(key) 第四章：迭代与遍历 物理格式 逻辑格式 面壁者罗辑监督你鞋习 ! 面壁者罗辑监督你鞋习 ! map 的元素类型是…… • set::value_type 是 V 。 • map::value_type 是 pair 。 • 这很合理，虽然只针对 K 排序，但实际上

效地按值查找，而 vector 则 低效。 set 的排序： string 会按“字典序”来排 • set 会从小到大排序，对 int 来 说就是数值的大小比较。那么对 字符串类型 string 要怎么排序 呢？ • 其实 string 类定义了运算符重 载 < ，他会按字典序比较两个 字符串。所谓字典序就是优先比 较两者第一个字符（按 ASCII 码比较），如果相等则继续比较 下一个，不相等则直接以这个比 set 做字符串集合。 这样只会按字符串指针的地址去判断相等， 而不是所指向字符串的内容。 set 的排序：自定义排序函数 • set 作为模板类，其实有两 个模板参数： set • 第一个 T 是容器内元素的类 型，例如 int 或 string 等。 • 第二个 CompT 定义了你想 要的比较函子， set 内部会 调用这个函数来决定怎么排 序。 • • advance 相当于 += ， next 相当于 + 。 next 和 advance 同样支持负数 • next 的第二个参数 n 通常是正 数，表示向前走的距离。 • 如果迭代器类型是双向迭代器。 next 的第二个参数 n 还可以是 负数，这时他会让迭代器往前走 一段距离，例如： • std::next(it, -3) 相当于 it - 3 。 • 还可以用另一个专门的函数

如需总的线程编号： blockDim * blockIdx + threadIdx 三维的板块和线程编号 • CUDA 也支持三维的板块和线程区间。 • 只要在三重尖括号内指定的参数改成 dim3 类型即可。 dim3 的构造函数就是接受三 个无符号整数（ unsigned int ）非常简单 。 • dim3(x, y, z) • 这样在核函数里就可以通过 threadIdx.y 获取 可以直接在核函数里调用核函数并指定参数这么方便…… 不过，这个功能同样需要开启 CUDA_SEPARABLE_COMPILATION 。 第 2 章：内存管理 如何从核函数里返回数据？ • 我们试着把 kernel 的返回类型声明为 int ，试 图从 GPU 返回数据到 CPU 。 • 但发现这样做会在编译期出错，为什么？ • 刚刚说了 kernel 的调用是异步的，返回的时候 ，并不会实际让 GPU 把核函数执行完毕，必须 等待他执行完毕（和 线程的 join 很像）。所以，不可能从 kernel 里 通过返回值获取 GPU 数据，因为 kernel 返回 时核函数并没有真正在 GPU 上执行。所以核函 数返回类型必须是 void 。 试图解决：通过指针传递 • 那你可能会想，既然不能返回，那作为指 针传入局部变量的引用，不就好了。 • 这样，在 cudaDeviceSynchronize() 以后