operator+ ohne Kopie?

volkard

Michael E. schrieb:

Nexus schrieb:

Und lass das const beim Rückgabetyp weg.

Warum?
m + m = m;

Und was soll daran verboten sein? Es ist wirklich keine Gefahr. Erinnere Dich, wie oft Du a+b=c; getippt hast und c=a+b; meintest.

Das const macht Dir nur Optimierungen kaputt.

DocShoe

megaweber schrieb:

Hier eine Lösung mit ein wenig template Vodoo:

www.uop.edu.jo/download/PdfCourses/Cplus/sanderson_templates_lecture_uqcomp7305.pdf

Hihi,

habe gerade sowas Ähnliches hingefrickelt. Schön isses zwar nicht, aber es zeigt, dass es funktioniert.

#include <memory>

class Matrix
{
	double values_[4][4];

public:
	Matrix()
	{
   	std::memset( &values_, 0, sizeof( values_ ) );
	}

	template<typename T>
	Matrix( const T& op )
	{
		for( unsigned int r = 0; r < 4; ++r )
			for( unsigned int c = 0; c < 4; ++c )
				values_[r][c] = op( r,c );
	}

	double operator()( unsigned int Row, unsigned int Col ) const
	{
		return values_[Row][Col];
	}

	double& operator()( unsigned int Row, unsigned int Col ) 
	{
		return values_[Row][Col];
	}

	template<typename T>
	Matrix& operator=( const T& op )
	{
		for( unsigned int r = 0; r < 4; ++r )
			for( unsigned int c = 0; c < 4; ++c )
				values_[r][c] = op( r,c );
		return *this;
	}
};

template<typename T, typename U>
class MatrixAdditionProxy
{
	const T& M1_;
	const U& M2_;

public:
	MatrixAdditionProxy( const T& M1, const U& M2 ) : M1_( M1 ), M2_( M2 )
	{
	}

	double operator()( unsigned int Row, unsigned int Col ) const
	{
		return M1_( Row, Col ) + M2_( Row, Col );
	}
};

template<typename T, typename U>
MatrixAdditionProxy<T,U> operator+( const T& M1, const U& M2 )
{
	return MatrixAdditionProxy<T,U>( M1, M2 );
}

template<typename T, typename U>
class MatrixSubtractionProxy
{
	const T& M1_;
	const U& M2_;

public:
	MatrixSubtractionProxy( const T& M1, const U& M2 ) : M1_( M1 ), M2_( M2 )
	{
	}

	double operator()( unsigned int Row, unsigned int Col ) const
	{
		return M1_( Row, Col ) - M2_( Row, Col );
	}
};

template<typename T, typename U>
MatrixSubtractionProxy<T,U> operator-( const T& M1, const U& M2 )
{
	return MatrixSubtractionProxy<T,U>( M1, M2 );
}

int main()
{
	Matrix m1, m2, m3, m4;

	m1( 0,0 ) = 1;
	m2( 0,0 ) = 2;
	m3( 0,0 ) = 3;
	m4( 0,0 ) = 11;

	Matrix m5 = m1 + m2 - (m3 - m4);

	double r = m5( 0,0 );
}

volkard schrieb:

DocShoe schrieb:
So Sachen wie
Matrix D = A + B + C * D;
gingen jedoch deutlich flotter und ohne Kopien.
Sicher auch mit Cache-Effekten?
Bei E=(A+B)*(C+D) hätte ich aber schon zu viel Angst.

Blitz++ setzt diese oder ähnliche Techniken ein und erreicht dabei Geschwindigkeiten von Fortran, scheint also zu gehen.

volkard

DocShoe schrieb:

Blitz++ setzt diese oder ähnliche Techniken ein und erreicht dabei Geschwindigkeiten von Fortran, scheint also zu gehen.

Die Proxies allein versagen.
"oder ähnliche Techniken" bräuchte man wohl.
Auf expression templates wies ich um 09:47 bereits hin, wohl zu leise.

Michael E.

volkard schrieb:

Das const macht Dir nur Optimierungen kaputt.

Welche genau?

volkard

Michael E. schrieb:

volkard schrieb:

Das const macht Dir nur Optimierungen kaputt.

Welche genau?

Das zerstörende Auslutschen von r-values.

Nexus

Michael E. schrieb:

Welche genau?

Die Move-Zuweisung, die hier möglich wäre.

a = b + c;

Diese const -Rückgabe ist ohnehin nur ein verzweifelter Versuch, Klassen-RValues wie skalare RValues zu behandeln (die nicht zugewiesen werden können, obwohl sie nicht const -qualifiziert sind). Wirkliche Fehler vermeidet man nicht.

Michael E. schrieb:

Schreib das mal um zu
const Matrix operator+(Matrix const &A, Matrix const &B)
{
	Matrix tmp(A);
	tmp += B;
	return tmp;
}
Dann sollte auch Visual Studio die Optimierung durchführen.

Ich mag diese Art der Notation nicht wirklich, weil sie dann nicht mehr zu der Klasse gehört.
Aber das klappt, danke. Kommen andere Compiler damit auch zurecht?

BTW: Was tut eigentlich das const am Anfang?

Nexus

yYy schrieb:

Ich mag diese Art der Notation nicht wirklich, weil sie dann nicht mehr zu der Klasse gehört.

Wer sagt, dass der operator+ zur Klasse gehören muss? Viel sinnvoller ist es, ihn als freie Funktion zu implementieren, da er sich so symmetrisch im Bezug auf die Operanden verhält.

yYy schrieb:

Aber das klappt, danke. Kommen andere Compiler damit auch zurecht?

Ja, sofern sie nicht hoffnungslos veraltet sind

yYy schrieb:

BTW: Was tut eigentlich das const am Anfang?

Es soll verhindern, das zurückgegebene temporäre Objekt zu ändern. Aber wie gesagt ist das const in dieser Situation mehr schädlich als nützlich, gewöhn es dir nicht an.

DocShoe

volkard schrieb:

DocShoe schrieb:

Blitz++ setzt diese oder ähnliche Techniken ein und erreicht dabei Geschwindigkeiten von Fortran, scheint also zu gehen.

Die Proxies allein versagen.
"oder ähnliche Techniken" bräuchte man wohl.
Auf expression templates wies ich um 09:47 bereits hin, wohl zu leise.

Naja, wobei die Proxies den Expression Templates schon recht nahe kommen. Wie gesagt, ich hab´s schnell runtergeschrieben und da steckt nicht viel Hirnschmalz dahinter. Das Expression Template Beispiel in C++ Templates - The Complete Guide von Vandevoorde und Josuttis, S. 321ff unterscheidet sich prinzipiell nicht von meinem Ansatz. Auch da werden temporäre Kopien vermieden und der Zugriff erfolgt über Proxy Objekte, nur hat man da etwas mehr Mühe investiert.

Ich habe jetzt auch einen *Operator innerhalb der Klasse implementiert. Hier bekomme ich auch in Debugmodus nur einen Konstruktoraufruf. Wieso?

Matrix operator*(Matrix const &B) const
		{
			if (n != B.m)
				//...
			unsigned int newM = m;
			unsigned int newN = B.n;
			T **c = new T*[newM];
			//...
			return Matrix(newM, newN, c, true);
		}

Nexus

yYy schrieb:

Ich habe jetzt auch einen *Operator innerhalb der Klasse implementiert.

Mach den auch global. Innerhalb der Klasse kannst du *= implementieren, und von aussen darauf zugreifen (da du dynamische Dimensionen hast, ändert sich der Typ der Matrix bei der Multiplikation nicht).

yYy schrieb:

Hier bekomme ich auch in Debugmodus nur einen Konstruktoraufruf. Wieso?

Weil nur ein Objekt konstruiert wird?

Übrigens würde ich die manuelle Speicherverwaltung und Zeiger-Auf-Zeiger-Frickelei irgendwie wegkapseln. Ist unnötig, dass du dich bei jeder neuen Operation darum kümmern musst.

Nexus schrieb:

Mach den auch global. Innerhalb der Klasse kannst du *= implementieren, und von aussen darauf zugreifen (da du dynamische Dimensionen hast, ändert sich der Typ der Matrix bei der Multiplikation nicht).

Ja, weiß ich, hab ich auch vor, ich hatte es nur gerade so und hab mich gewundert.

Nexus schrieb:

Weil nur ein Objekt konstruiert wird?

Wär ich nie drauf gekommen...
Jetzt mal ernsthaft: Wo ist der Unterschied zum +Operator? Da erzeuge ich auch ein Objekt, und C++ erzeugt ne Kopie, die zurückgegeben wird. Warum wird hier keine Kopie erzeugt?

Nexus

yYy schrieb:

Wär ich nie drauf gekommen...

Stell deine Fragen präziser.

Im Beispiel mit operator* wird RVO (Return Value Optimization) angewandt, weil es sich beim return -Ausdruck um ein temporäres Objekt handelt. Bei benannten Objekten kann unter Umständen NRVO (Named Return Value Optimization) angewandt werden, was aber vom Compiler und vor allem vom Code abhängt.

Nexus schrieb:

Im Beispiel mit operator* wird RVO (Return Value Optimization) angewandt, weil es sich beim return -Ausdruck um ein temporäres Objekt handelt. Bei benannten Objekten kann unter Umständen NRVO (Named Return Value Optimization) angewandt werden, was aber vom Compiler und vor allem vom Code abhängt.

Naja, ich habe aber im Debug-Modus gestartet und die Optimierung ausgeschaltet. Deswegen wundert es mich. Wird es also trotzdem optimiert?

bmario

DocShoe schrieb:

megaweber schrieb:

Hier eine Lösung mit ein wenig template Vodoo:

www.uop.edu.jo/download/PdfCourses/Cplus/sanderson_templates_lecture_uqcomp7305.pdf

Hihi,

habe gerade sowas Ähnliches hingefrickelt. Schön isses zwar nicht, aber es zeigt, dass es funktioniert.

#include <memory>

class Matrix
{
	double values_[4][4];

public:
	Matrix()
	{
   	std::memset( &values_, 0, sizeof( values_ ) );
	}

	template<typename T>
	Matrix( const T& op )
	{
		for( unsigned int r = 0; r < 4; ++r )
			for( unsigned int c = 0; c < 4; ++c )
				values_[r][c] = op( r,c );
	}

	double operator()( unsigned int Row, unsigned int Col ) const
	{
		return values_[Row][Col];
	}

	double& operator()( unsigned int Row, unsigned int Col ) 
	{
		return values_[Row][Col];
	}

	template<typename T>
	Matrix& operator=( const T& op )
	{
		for( unsigned int r = 0; r < 4; ++r )
			for( unsigned int c = 0; c < 4; ++c )
				values_[r][c] = op( r,c );
		return *this;
	}
};

template<typename T, typename U>
class MatrixAdditionProxy
{
	const T& M1_;
	const U& M2_;

public:
	MatrixAdditionProxy( const T& M1, const U& M2 ) : M1_( M1 ), M2_( M2 )
	{
	}

	double operator()( unsigned int Row, unsigned int Col ) const
	{
		return M1_( Row, Col ) + M2_( Row, Col );
	}
};

template<typename T, typename U>
MatrixAdditionProxy<T,U> operator+( const T& M1, const U& M2 )
{
	return MatrixAdditionProxy<T,U>( M1, M2 );
}

template<typename T, typename U>
class MatrixSubtractionProxy
{
	const T& M1_;
	const U& M2_;

public:
	MatrixSubtractionProxy( const T& M1, const U& M2 ) : M1_( M1 ), M2_( M2 )
	{
	}

	double operator()( unsigned int Row, unsigned int Col ) const
	{
		return M1_( Row, Col ) - M2_( Row, Col );
	}
};

template<typename T, typename U>
MatrixSubtractionProxy<T,U> operator-( const T& M1, const U& M2 )
{
	return MatrixSubtractionProxy<T,U>( M1, M2 );
}

int main()
{
	Matrix m1, m2, m3, m4;

	m1( 0,0 ) = 1;
	m2( 0,0 ) = 2;
	m3( 0,0 ) = 3;
	m4( 0,0 ) = 11;

	Matrix m5 = m1 + m2 - (m3 - m4);

	double r = m5( 0,0 );
}

volkard schrieb:

DocShoe schrieb:
So Sachen wie
Matrix D = A + B + C * D;
gingen jedoch deutlich flotter und ohne Kopien.
Sicher auch mit Cache-Effekten?
Bei E=(A+B)*(C+D) hätte ich aber schon zu viel Angst.

Blitz++ setzt diese oder ähnliche Techniken ein und erreicht dabei Geschwindigkeiten von Fortran, scheint also zu gehen.

Dann aber MatrixProxy lieber einen Funktor übergeben

z.B.:

template<typename T, typename U, typename Functor>
class MatrixProxy
{
	const T& M1_;
	const U& M2_;

public:
	MatrixProxy( const T& M1, const U& M2) : M1_( M1 ), M2_( M2 )
	{
	}

	double operator()( unsigned int Row, unsigned int Col ) const
	{
		return Functor()(M1_( Row, Col ), M2_( Row, Col ));
	}
};

DocShoe

@bmario:

Warum? Damit schaffst du nur eine unnötige weitere Zwischenschicht. Außerdem verlierst du den nötigen Kontext, z.B. bei der Multiplikation zweier Matrizen, wo die beiden Elemente der Matrizen allein nicht mehr ausreichen.
Du hast zwar nur noch einen Proxytyp, aber dafür musst du die einzelnen Funktoren noch implementieren. Wenn die beiden Elemente ausreichend wären könnte man tatsächlich std::plus etc. nehmen, aber das reicht eben nicht.

bmario

Coderedundanz ist mir schon ein ausreichendes Argument

Außerdem könnte man dem Funktor statt den beiden Elementen auch Referenzen auf die Matrizen, sowie die Spalten- und Zeilenangabe mitgeben. Durch inlining sollte diese Zwischenschicht dann auch nichtmehr auf die Performance gehen.

Aber nicht ganz unrecht hast du auch... das werd ich gleich mal testen.

volkard

DocShoe schrieb:

@bmario:
Warum?

Weil es geht. Wer den Template-Dungeon erforscht, muß halt erstmal jede Truhe öffnen und jede Tür aufmachen.

volkard

bmario schrieb:

Außerdem könnte man dem Funktor statt den beiden Elementen auch Referenzen auf die Matrizen, sowie die Spalten- und Zeilenangabe mitgeben. Durch inlining sollte diese Zwischenschicht dann auch nichtmehr auf die Performance gehen.

Nur um + und - zu optimieren.
Denk dran, daß E=(A+B)*(C+D) gerne vielleicht X=A+B,Y=C+D,E=X+Y sein würde. Also kein Proxy mehr, ätschebätsch, weil man nicht 2n^3 mal zweimal + machen mag, sondern nur 2n^2 mal zweimal +. Das kannste wieder mit Metaprogrammierung rausfischen, was der Funktor machen muß, wenn links und rechts welche Funktoren waren. Dabei brauchen die Funktoren noch Zusatzinfos, was sie machen.
Aber das waren doch gerade DocShoes Proxies. Die sind zu füttern und schlau zu machen. Soo viele verschiedene Rechenoperatoren wird's dann schon nicht geben, daß man totgeht, wenn ein bißchen Code mehrfach ist. Das ist eh fast schon Write-Only-Code.
Ich hätte gerne, daß A+-B zu A-B vereinfacht wird. Da mußte der Vereinfacher des Plusproxys schauen, ob der rechte Teil ein UnärerMinusProxy ist und ein MinusProxy zurückgeben mit dem selben linken Teil und rechts nur dem Inhalt des UnärenMinusproxies. Das macht bestimmt viel mehr Freude, wenn diese zusätzliche Abstraktion noch nicht dabei ist.
Zumal wohl doch noch eine Ebene hinzukommen muß, nämlich denke ich, man muß AdditionProxy und AdditionAusdruck schon trennen, wobei AdditionAusdruck::eval() einen AdditionProxy zurückgibt, oder vermutlich besser ein Ausdruck<Addition<Matrix,Matrix>> gibt einen Proxy<Addition<Matrix,Matrix>> zurück, da spart man sich viel SFINAE mit, weil man im Prototyp auf Ausdruck<T> matchen kann und im Inneren dann T genüßlich zerlegen.

camper

yYy schrieb:

Naja, ich habe aber im Debug-Modus gestartet und die Optimierung ausgeschaltet. Deswegen wundert es mich. Wird es also trotzdem optimiert?

Optimierung ist nicht gleich Optimierung.

Wenn der Compiler "Optimierung" sagt, meint er "as-if" im Sinne des Standards (1.9/1), d.h. besseren Code zu erzeugen, der das Gleiche tut.

RVO und NRVO sind "Optimierungen" im Sinne des Standards, d.h. Transformationen, die das erzeugte Progamm und dessen Verhalten ändern, man könnte sagen, dass es sich um Sprachvarianten handelt. Es wäre eher kontraprofuktiv das eine vom anderen abhängig zu machen. Führt der Compiler nämlich (N)RVO nur durch, wenn im Optimierung im Allgemeinen erlaubt ist, dann ist es nicht mehr möglich, die (RVO)-optimierte Version vernünftig zu debuggen.