现代 C++ 进阶：模板元编程 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 高性能并行编程与优化 - 课程大纲 • 分为前半段和后半段，前半段主要介绍现代 C++ ，后半段主要介绍并行编程与优化。 ，后半段主要介绍并行编程与优化。 1.课程安排与开发环境搭建： cmake 与 git 入门 2.现代 C++ 入门：常用 STL 容器， RAII 内存管理 3.现代 C++ 进阶：模板元编程与函数式编程 4.编译器如何自动优化：从汇编角度看 C++ 5.C++11 起的多线程编程：从 mutex 到无锁并行 6.并行编程常用框架： OpenMP 与 Intel TBB 7.被忽视的访存优化：内存带宽与 cpu 9 及以上（ Linux 用户） CMake 3.12 及以上（跨平台作业） Git 2.x （作业上传到 GitHub ） CUDA Toolkit 10.0 以上（ GPU 专题） 为什么需要模板函数（ template ） • 避免重复写代码。 • 比如，利用重载实现“将一个数乘以 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：

. . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.5 模板 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2 目录 目录 外部模板 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 类型别名模板 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 变长参数模板 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 折叠表达式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 非类型模板参数推导 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.6 面向对象 . .

IObject 里的成员，而不会释放 CatObject 里的成员 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 代码如下，这要怎么个封装法呢？你可能会想，是不是可以把拷贝构造函数也声明为虚函 数，这样就能实现了拷贝的多态？不行，因为 C++ 规定“构造函数不能是虚函数”。 模板函数？未免有些差强人意 • 索性把 eatTwice 声明为模板函数的确能解决问题，但模板函数不是面向对象的思路，并 且如果 cat 和 dog 是在一个 IObject 的指针里就会编译出错，例如右图的 vector 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 Derived 。 • 然后在这个 IObjectClone 里实现 clone 即可。那为什么需要派生类作为模板参数 ？ • 因为 shared_ptr 的深拷贝需要知道对象具 体的类型。注意这里不仅 make_shared

https://github.com/parallel101/course 前置条件 • 学过 C/C++ 语言编程。 • 理解 malloc/free 之类的概念。 • 熟悉 STL 中的容器、函数模板等。 • 英伟达 GTX900 及以上显卡。 • CUDA 11 及以上。 • CMake 3.18 及以上。 我负责监督你学习 第 0 章： Hello, world! CMake 中启用 com/blog/cuda-pro-tip-write-flexible-kernels-grid-stride-loops/ 第 4 章： C++ 封装 std::vector 的秘密：第二模板参数 • 你知道吗？ std::vector 作为模板类，其实有两个模板参数： std::vector • 那为什么我们平时只用了 std::vector 呢？因为第二个参数默认是 std::allocator ），如果是，则跳过其无参构造，从 而避免在 CPU 上低效的零初始化。 进一步：核函数可以是一个模板函数 • 刚刚说过 CUDA 的优势在于对 C++ 的 完全支持。所以 __global__ 修饰的核函 数自然也是可以为模板函数的。 • 调用模板时一样可以用自动参数类型推导 ，如有手动指定的模板参数（单尖括号） 请放在三重尖括号的前面。 进一步：核函数可以接受函子（ functor ），实现函数式编程

相等。 警告：千万别用 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 https://www.cplusplus.com/reference/iterator/istream_iterator 包含关系：前向迭代器＞双向迭代器＞随机访问迭代器 这意味着如果一个 STL 模板函数（比如 std::find ）要求迭代器是前向迭代器即可，那么也可 以给他随机访问迭代器，因为前向迭代器是随机访问迭代器的子集。 例如， vector 和 list 都可以调用 std::find python 里的元组，不过固定只能有两个元素，自从 C++11 引 入了能支持任意多元素的 tuple 以来，就没 pair 什么事了……但是为了兼 容 pair 还是继续存在着。 pair 是个模板类，根据尖括号里你给定的类型来 替换这里的 _T1 和 _T2 。例如 pair 就会变成： • struct pair { • iterator first;

） 侯捷 STL 侯捷 STL 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。 • for 循环里也很容易写，判断是否继续循环 的条件为 ptr != endptr 就行了。 迭代器模式：首指针＋尾指针 • 还可以让首指针和尾指针声明为模板参数 ，这样不论指针是什么类型，都可以使用 print 这个模板函数来打印。 迭代器模式：首指针＋尾指针 • 首指针和尾指针的组合的确能胜任 vector 这种连续数组，但是对于 list 这种不连续 的内存的容器就没辙了。

noexcept; • 为什么我看官方文档上没写？标准库头文件里也没看到？ • 其实是有的，只不过官方为了让 头文件不依赖于 头 文件，把他们写成了模板，并利用类似 SFINAE 的机制给模板参数类型的设 了一些限制（相当于把 string_view 定义为一个 concept ），所以虽然 中看不到 string_view 的出现，却能把 string_view GCC 标准库内部变量的命名规范，观察可以发现： • _M_xyz 表示成员变量 / 函数。 • _S_xyz 表示静态成员变量 / 函数。 • __xyz 表示函数参数。 • _Tp_xyz 表示模板类型参数。 string 的空基类优化 • 首先映入眼帘的是 _Alloc_hider 这个奇怪的类，包装了一 下首地址指针 _M_p 。为什么要套这一层壳？这其实是为 了防止 allocator 以后是否超过容量，决定是否要扩容数组。 string 的 append 实现 • 在 compare 等函数涉及到 0 结尾字符串的版本，都会调用 char_traits 中的方法，方便用户通过模板扩展（性能上或功能上） 。 • 例如： basic_string 。 char_traits 内函数的实现 Unicode 与宽字符 第

C++ ，后半段主要介绍并行编程与优化。 1.课程安排与开发环境搭建： cmake 与 git 入门 2.现代 C++ 入门：常用 STL 容器， RAII 内存管理 3.现代 C++ 进阶：模板元编程与函数式编程 4.编译器如何自动优化：从汇编角度看 C++ 5.C++11 起的多线程编程：从 mutex 到无锁并行 6.并行编程常用框架： OpenMP 与 Intel TBB 7 上产生锁竞争 加速比： 5.55 倍 并行筛选 3 线程局部的 vector 调用 reserve 预先分配一定内存 避免 push_back 反复扩容时的分段式增长 同时利用标准库的 std::copy 模板简化了代码 加速比： 5.94 倍 并行筛选 4 如果需要筛选后的数据是连续的，即 a 是个 std::vector ，这时就需要用 mutex 锁定，避免数据竞争 。 加速比： 4.92 倍 https://www.zhihu.com/question/38857029 并行筛选 7 彻底避免了互斥量，完全通过预先准备好的大小，配合 atomic 递增索引批量写入。同时用小彭老师拍脑袋想到的 pod 模板类，使得 vector 的 resize 不会零初始化其中的 值。 加速比： 6.26 倍 并行筛选 8 （不推荐） 而是用 std::vector 作为 parallel_reduce 的元

multithreading, console programming。 ■ C++ 重要技术：类别与对象、this 指针与继承、静态成员、虚拟函数与多态、 深入淺出 MFC 28 模板（template）类别、异常处理（exception handling）。 ■ MFC 六大技术之简化仿真（Console 程序） 第二篇【欲善工事先利其器】提供给对Visual C++ 整合环境全然陌生的朋友一个导引。 通告消息（发生于控制组件） 强制性、先占式、优先权式 进程（一个执行起来的程序） 队列 template C++ 有所谓的class template，一般译为类别模板； Windows 有所谓的dialog template，我把它译为对话框模板； MFC 有所谓的Document Template，我没有译它（其义请见第７章 和第８章） 第０章 你㆒定要知道（導讀） 33 另有一些名词很 0 章）：这个版本做出「画笔宽 度对话框」，使用者可以在其中设定细笔宽度和粗笔宽度。预设的细笔为两个 图素（pixel）宽，粗笔为五个图素宽。 从这个版本中可以学习如何以对话框编辑器设计对话框模板，以ClassWizard 增设对 话盒处理函数，以及如何以MFC 提供的DDX/DDV 机制做出对话框控制组件 （control）的内容传递与内容查核。DDX（Dialog Data eXchange）的目的在简化应用

C++ ，后半段主要介绍并行编程与优化。 1.课程安排与开发环境搭建： cmake 与 git 入门 2.现代 C++ 入门：常用 STL 容器， RAII 内存管理 3.现代 C++ 进阶：模板元编程与函数式编程 4.编译器如何自动优化：从汇编角度看 C++ 5.C++11 起的多线程编程：从 mutex 到无锁并行 6.并行编程常用框架： OpenMP 与 Intel TBB 7 C++ 是一种强烈依赖上下文信息的编程语言，举个例子： • vector < MyClass > a; // 声明一个由 MyClass 组成的数组 • 如果编译器不知道 vector 是个模板类，那他完全可以把 vector 看做一个变量名，把 < 解释为小于号，从而理解成判断‘ vector’ 这个变量的值是否小于‘ MyClass’ 这个变量的值。 • 正因如此，我们常常可以在