c++ - 如何集成使用表达式模板的库？

Question

我想在我的程序中使用 Eigen 矩阵库作为线性代数引擎。 Eigen 使用表达式模板来实现惰性求值并简化循环和计算。

例如:

#include<Eigen/Core>

int main()
{
  int size = 40;
  // VectorXf is a vector of floats, with dynamic size.
  Eigen::VectorXf u(size), v(size), w(size), z(size);
  u = 2*v + w + 0.2*z;
}

由于 Eigen 使用表达式模板，代码类似

u = 2*v + w + 0.2*z;

在上面提到的示例中，减少到长度为 10 的单个循环(不是 40， float 按 4 block 放入寄存器中)而不创建临时。这有多酷？

但是如果我像这样集成库:

class UsingEigen
{
    public:  
        UsingEigen(const Eigen::VectorXf& data):
            data_(data)
        {}

        UsingEigen operator + (const UsingEigen& adee)const
        {
            return UsingEigen(data_ + adee.data_);
        }

        ...
    private:
        Eigen::VectorXf data_;
}

然后是这样的表达式:

UsingEigen a, b, c, d;
a = b + c + d;

无法利用 Eigen 的实现方式。这不是最后一个。还有许多其他示例，在 Eigen 中使用了表达式模板。

简单的解决方案是不要自己定义运算符，使 data_公开，只写如下表达式:

UsingEigen a, b, c, d;
a.data_ = b.data_ + c.data_ + d.data_;

这打破了封装，但它保留了 Eigen 的效率。

另一种方法是创建自己的运算符，但让它们返回表达式模板。但由于我是 C++ 的初学者，我不知道这是否是正确的方法。

如果问题本质上过于笼统，我很抱歉。我是初学者，没有人问。到目前为止，我一直在使用 std::vector<float>无处不在，但现在我也需要使用矩阵。从 std::vector<float> 切换在我的整个项目中对 Eigen 来说是一大步，我害怕一开始就打错电话。欢迎任何建议!

Answer 1

为什么暴露 data_ 会破坏封装？封装意味着隐藏实现细节，只暴露接口(interface)。如果您的包装类 UsingEigen 没有向 native Eigen 库添加任何行为或状态，则接口(interface)不会更改。在这种情况下，您应该完全放弃这个包装器并使用 Eigen 数据结构编写程序。

公开矩阵或 vector 不会破坏封装:只有公开矩阵或 vector 的实现才能做到这一点。 Eigen 库公开了算术运算符，但不公开它们的实现。

对于表达式模板库，用户扩展库功能的最常见方式是添加行为，而不是添加状态。对于添加行为，您不需要编写包装类:您还可以添加根据 Eigen 类成员函数实现的非成员函数。见 this column “非成员函数如何改进封装”，作者:Scott Meyers。

至于您担心将当前程序转换为明确使用 Eigen 功能的版本:您可以逐步执行更改，每次更改程序的一小部分，确保您的单元测试(您确实有单元测试，不是吗？)在您进行时不会中断。