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：

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

大量工作花在工具链维护 • 项目间依赖复杂，环境管理难 • 交付版本依赖工单，发布风险高 • 公共资源 / 业务资源利用率低 赋能多业务：一个平台解决了多异构项目的管理和规范 团队高效协作：定义团队角色工作流模板，随时可用云上环境 价值清晰呈现：为管理者提供全视角效能数据，赋能数字决策 人工低效操作减少 80% 构建资源利用率提升 60% 业务资源利用率提升 30% 统一治理内部规范，开发 搭建流程串接胶水平台 建设成本高 500-2000 万之间 使用和学习门槛高；随业务发展扩展性差 局限性大，内部推广难度极高，做完后维 护成本高价值难被证明 低采购成本、低实施成本， 内置模板库和最佳实践；高扩展性、技术先进性强 ，可灵活广泛接入现有工具链和业务场景 基于代码管理的 DevOps 方 案 Gitee 平台 GitLab 平台 局限性大、全流程安全性低 维护成本高 自动化测试管理 • 与开发协同自动化验收 • 自动化测试效益分析 高效协同的测试管理 • 一套 YAML/Chart 模板管理数百微服务 • 每个技术栈抽象一套构建模板 • 运维统一工作流规范，开发自主使用 • 跨多项目复用模板 扫码查看易快报案例 强大免运维的模板库 • 系统纬度：集群、项目、服务、环境、工作流 • 项目纬度：构建、测试、部署， DevOps 指标 • 迭代纬度：需求到发布效率、质量分析

实施负担较重难以推广 面向多云友好，厂商中立，全球多地跨云跨域 安全可靠自动化部署 云原生 CI/CD 工具 Tekton Argo 使用门槛高、学习成本高 需要额外建设全流程能力 接入和使用都极其简单，内置模板库 和最佳实践，基于平台工程打造，可以轻松连 接一切工具链 企业自建 DevOps 流程平台 围绕 Jenkins 或 CI/CD 工具 搭建流程串接胶水平台 局限性大扩展性差 内部推广难度极高 产研全流程拉通需求到上线所需的代码、服务、配置和数据的一致性交付 Jira 飞书 项管 其他 自测 环境 Argo K8s JFrog YAML 产品 开 发 测 试 运维 产研运一体化 解决方案 免运维模板库 效能洞察 云原生 IDE 插 件 交付中心 发布中心 测试中心 高并发工作流 云原生环境 对接需求管理 测试管理 Spinnaker Jenkins Rancher JMeter project-uat-workflow • 质量门禁、构建、配置变更（ Apollo/ Nacos ）、数据变更、部署 uat （变量 变更、模板变更）、全量回归测试 更新生产环境 project-prod-workflow • 审批、配置变更（ Apollo/Nacos ）、数 据变更、部署生产环境（变量变更、模板 变更）、场景测试 管理员 ( 运维 ) 准备——工作 流 管理员 ( 运维 ) 准备——工作 流 面向角色

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

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