Is std::mdspan a Zero-overhead Abstraction? - Oleksandr Bakirov - CppCon

• 语言: 英语
• 格式: .pdf
• 来源: github.com/CppCon

摘要

本文探讨了C++标准库中的std::mdspan是否零开销抽象。std::mdspan作为一种多维数组视图，主要用于函数参数，其设计目标是尽可能减少运行时开销。文中分析了std::mdspan在实现零开销时的限制，特别是当某些步长（strides）在运行时指定时，编译时无法优化。通过对比BLAS风格的实现，展示了std::mdspan在灵活性和性能上的权衡。尽管std::mdspan提供了简洁的接口，但其灵活性不足，可能在设计上难以满足更高维度或复杂布局的需求。

AI总结

《Is std::mdspan a Zero-overhead Abstraction? - Oleksandr Bakirov - CppCon》

总结如下：

1. **std::mdspan 的定义与作用**：
- std::mdspan 是一种多维数组视图，主要设计为函数参数使用。
- 它支持运行时指定所有步长（strides），但如果目标是实现零开销，则需要在编译时将其中一个步长指定为1。

2. **标准库的提案与设计选择**：
- 提案 P2642 提出了“填充布局”（padded mdspan layouts），但该方案因过于复杂而被拒绝。
- 标准库现有的解决方案在灵活性和性能上存在权衡。

3. **参考实现与性能分析**：
- 参考实现中的 `add_rank_2` 函数展示了对多维数组操作的复杂性，参数过多可能导致性能开销。
- 对于 BLAS 风格的代码，std::mdspan 的语法更简洁，但生成的汇编代码复杂度与底层实现相似，未能显著降低开销。

4. **结论与局限性**：
- std::mdspan 在多维数组操作中提供了高级抽象，但其灵活性不足，难以支持更复杂的布局和高维数组操作。
- 在高维数据（如图像处理）中，std::mdspan 的局限性更加明显，用户可能需要更灵活的解决方案。

整体来看，std::mdspan 在概念上提供了便捷的多维数组视图，但在实际实现中，其灵活性和性能优化仍有改进空间。