c++ - 具有灵活大小的结构的 MPI 派生数据类型

Question

我正在尝试在 C++ 中发送/接收一个如下所示的数据结构:

/* PSEUDOCODE */
const int N = getN(); // not available at compile time
const int M = getM();
struct package{
    int    foo;
    double bar;
    /* I know array members do not work this way,
       this is pseudocode. */
    int    flop[N];
    double blep[M];
};

自 M和 N在运行时是恒定的，我可以做 MPI_Type_create_struct()新的数据类型会很好。

我的问题是如何实现上面描述的数据结构。

std::vector<>不会工作，因为它不是连续的。

灵活的数组成员，如 []或 [0]在 c++ 中是未定义的行为，它不适用于 M 中的两个和 N .

所以我不得不使用 malloc() :

class Package {
public:
  // in buffer[]: bar, blep[], foo, flop[]
  // in that order and one directly follows another.
  Package():
    buffer((double*) malloc((M + 1) * sizeof(double) + 
                            (N + 1) * sizeof(int))),
    bar(buffer), blep(buffer + 1),
    foo((int*) (blep + M)),
    flop(foo + 1) {}
  ~Package(){
    free(buffer);
  }

  // construct / free the derived datatype
  static void initialize(unsigned inN, unsigned inM) {
    N = inN;
    M = inM;
    MPI_Aint offsets[2] = {0, (int)(sizeof(double)) * (M + 1)};
    int      blocks[2]  = {M + 1, N + 1};
    MPI_Datatype types[2] = {MPI_DOUBLE, MPI_INT};
    MPI_Type_create_struct(2, blocks, offsets, types, &packageType);
    MPI_Type_commit(&packageType);
  }
  static void finalize() {
    MPI_Type_free(&packageType);
  }

  int send(int rank, int tag) {
    return MPI_Send(buffer, 1, packageType, 
                    rank, tag, MPI_COMM_WORLD);
  }
  int recv(int rank, int tag) {
    return MPI_Recv(buffer, 1, packageType, 
                    rank, tag, MPI_COMM_WORLD, 
                    MPI_STATUS_IGNORE);
  }
private:
  double * buffer;

  static int M;
  static int N;
  static MPI_Datatype packageType;
public:
  // interface variables
  double * const bar;
  double * const blep;
  int    * const foo;
  int    * const flop;
};

int Package::N = 0;
int Package::M = 0;
MPI_Datatype Package::packageType = MPI_CHAR;

我测试了上面的代码，它似乎工作正常，但我不确定我是否在做一些实际上未定义的行为。具体来说:

1. 可以使用sizeof()吗？对于 MPI_Type_create_struct() ？我发现一些例子使用 MPI_Type_get_extent() ，我不知道有什么区别。

2. 我不确定将新数据类型存储在 static 中是否是个好主意。成员。相反，我发现的示例将其作为参数传递。这样做有什么具体原因吗？

3. 如果这种方法是可移植的，我也很困惑。我希望它应该像struct一样便携基于方法，但也许我遗漏了什么？

Answer 1

I am also confused if this method is portable. I hope that it should be as portable as struct based methods, but perhaps I am missing something?

1.假设您有一些类型 A 和 B，而不是 double 和 int。然后可能会发生 B 类型的对象(您在 A 之后为其分配空间)未对齐。在某些试图访问此类对象的体系结构上(例如，int 在 (4N + 2) 字节边界)将导致 总线错误。所以在一般情况下，您必须确保在第一个 B 对象之前正确填充。当您使用 struct 时，编译器会为您完成。

2。您访问 buffer 的方式是 UB。本质上你是这样做的:

double* buffer = reinterpret_cast<double*>(malloc(...));
double* bar = buffer;
int* foo = reinterpret_cast<int*>(buffer + 1);

do_something(buffer);
double bar_value = *bar; // This is UB
int foo_value = *foo;    // This is UB, too

这里的问题是 *bar 和 *foo 没有类型为 double 和 int 的对象>。您可以使用放置 new 创建它们:

char* buffer = reinterpret_cast<char*>(malloc(...));
double* bar = new(buffer) double;
int* foo = new(buffer + sizeof(double)) int;

请引用this question .

对于数组，您可以使用 std::uninitialized_default_construct 构造给定范围内的对象。

I am not sure if it is a good idea to store the new datatype in a static member. The examples I found instead have it passed around as an argument. Is there any specific reason to do that?

如果 N 和 M 是静态的，那么让 packageType 也是静态的似乎没问题。如果您只有一种类型的 Package 具有固定的 N 和 M，您可能希望避免调用 MPI_Type_create_struct每次构造一个 Package 以创建基本相同的 MPI 数据类型时。

但是这个设计看起来不太好:应该在第一次构造之前调用 initialize()。也许你可以创建一个工厂，它首先创建 MPI 数据类型，然后根据用户请求使用类似 Package make_package() 的东西构造 Package。然后每个工厂都可以有自己的非静态 N 和 M。