Создание собственных шаблонов выражений с помощью Boost.Proto

Я хотел бы использовать Boost.Proto для преобразования встроенного предметно-ориентированного языка в серию матричных операций, реализованных с помощью библиотеки Eigen. Поскольку эффективность важна, я хочу, чтобы Proto генерировал шаблоны собственных выражений и избегал преждевременной оценки.

Я реализовал простую грамматику, которая может генерировать выражения умножения матриц. Приведенный ниже код компилируется без предупреждений (на g ++ 4.8.0 и Intel C ++ 2013.3, с Boost 1.54.0 и Eigen 3.1.3) и работает до тех пор, пока в моем выражении используется только одна операция умножения. Как только я добавляю больше умножений в цепочку, она падает. Valgrind говорит мне, что это потому, что один из временных шаблонов выражений Eigen :: GeneralProduct уничтожается до завершения оценки.

Я не понимаю, почему это происходит, или что я могу сделать, чтобы предотвратить это. Вся помощь приветствуется!

#include <iostream>

#include <boost/fusion/container.hpp>
#include <boost/mpl/int.hpp>
#include <boost/mpl/void.hpp>
#include <boost/proto/proto.hpp>
#include <boost/ref.hpp>
#include <boost/type_traits/remove_const.hpp>
#include <boost/type_traits/remove_reference.hpp>
#include <boost/utility.hpp>

#include <Eigen/Dense>

namespace fusion = boost::fusion;
namespace mpl = boost::mpl;
namespace proto = boost::proto;

typedef Eigen::Matrix<float, Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic> matrix;

// Placeholders

const proto::terminal<mpl::int_<0> >::type I1 = {{}};
const proto::terminal<mpl::int_<1> >::type I2 = {{}};
const proto::terminal<mpl::int_<2> >::type I3 = {{}};

// Grammar

template<class Rule, class Callable = proto::callable>
struct External :
proto::when<Rule, proto::external_transform> {};

struct matmul_transform : proto::callable {
template<class Sig> struct result;

template<class This, class MatrixExpr1, class MatrixExpr2>
struct result<This(MatrixExpr1, MatrixExpr2)> {
typedef typename Eigen::ProductReturnType<
typename boost::remove_const<typename boost::remove_reference<MatrixExpr1>::type>::type,
typename boost::remove_const<typename boost::remove_reference<MatrixExpr2>::type>::type>::Type
type;
};

template<class MatrixExpr1, class MatrixExpr2>
typename result<matmul_transform(MatrixExpr1, MatrixExpr2)>::type
operator()(const MatrixExpr1 &a, const MatrixExpr2 &b) const {
return a * b;
}
};struct MatmulGrammar;

struct InputPlaceholder : proto::terminal<proto::_> {};

struct MatrixMultiplication :
proto::multiplies<MatmulGrammar, MatmulGrammar> {};

struct MatmulGrammar : proto::or_<
External<InputPlaceholder>,
External<MatrixMultiplication> > {};

struct matmul_transforms : proto::external_transforms<
proto::when<MatrixMultiplication, matmul_transform(MatmulGrammar(proto::_left), MatmulGrammar(proto::_right))>,
proto::when<InputPlaceholder, proto::functional::at(proto::_data, proto::_value)> > {};

int main() {
matrix mat1(2,2), mat2(2,2), mat3(2,2), result(2,2);

mat1 << 1, 2, 3, 4;
mat2 << 5, 6, 7, 8;
mat3 << 1, 3, 6, 9;

MatmulGrammar mmg;

// THIS WORKS:
result = mmg(I1 * I2,
mpl::void_(),
(proto::data = fusion::make_vector(boost::cref(mat1), boost::cref(mat2), boost::cref(mat3)),
proto::transforms = matmul_transforms()));

std::cout << result << std::endl;

// THIS CRASHES:
result = mmg(I1 * I2 * I3,
mpl::void_(),
(proto::data = fusion::make_vector(boost::cref(mat1), boost::cref(mat2), boost::cref(mat3)),
proto::transforms = matmul_transforms()));

std::cout << result << std::endl;

return 0;
}

6

Решение

Это моя попытка объединить ваш подход с решением, указанным в комментарии. Я скопировал stored_result_expression, do_wrap_expression а также wrap_expression от Вот. Изменения, которые я сделал в вашем коде или в сообщении, отмечены //CHANGED,

#include <iostream>

#include <boost/fusion/container.hpp>
#include <boost/mpl/int.hpp>
#include <boost/mpl/void.hpp>
#include <boost/proto/proto.hpp>
#include <boost/ref.hpp>
#include <boost/type_traits/remove_const.hpp>
#include <boost/type_traits/remove_reference.hpp>
#include <boost/utility.hpp>

#include <Eigen/Dense>

namespace fusion = boost::fusion;
namespace mpl = boost::mpl;
namespace proto = boost::proto;

typedef Eigen::Matrix<float, Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic> matrix;

// Placeholders

const proto::terminal<mpl::int_<0> >::type I1 = {{}};
const proto::terminal<mpl::int_<1> >::type I2 = {{}};
const proto::terminal<mpl::int_<2> >::type I3 = {{}};

// Grammar

template<class Rule, class Callable = proto::callable>
struct External :
proto::when<Rule, proto::external_transform> {};

struct matmul_transform : proto::callable {
template<class Sig> struct result;

template<class This, class Expr, class MatrixExpr1, class MatrixExpr2>
struct result<This(Expr, MatrixExpr1, MatrixExpr2)> {
typedef typename Eigen::MatrixBase<
typename Eigen::ProductReturnType<
typename boost::remove_const<typename boost::remove_reference<MatrixExpr1>::type>::type,
typename boost::remove_const<typename boost::remove_reference<MatrixExpr2>::type>::type
>::Type
>::PlainObject&
type; //CHANGED - THIS IS THE TYPE THAT IS USED IN THE CODE OF THE TALK
};

template<class Expr, class MatrixExpr1, class MatrixExpr2>
typename result<matmul_transform(Expr, MatrixExpr1, MatrixExpr2)>::type
operator()(Expr& expr, const MatrixExpr1 &a, const MatrixExpr2 &b) const { //CHANGED - ADDED THE expr PARAMETER
expr.value = a*b;
return expr.value;
}
};struct MatmulGrammar;

struct InputPlaceholder : proto::terminal<proto::_> {};

struct MatrixMultiplication :
proto::multiplies<MatmulGrammar, MatmulGrammar> {};

struct MatmulGrammar : proto::or_<
External<InputPlaceholder>,
External<MatrixMultiplication> > {};

struct matmul_transforms : proto::external_transforms<
proto::when<MatrixMultiplication, matmul_transform(proto::_, MatmulGrammar(proto::_left), MatmulGrammar(proto::_right))>, //CHANGED - ADAPTED TO THE NEW SIGNATURE OF matmul_transform
proto::when<InputPlaceholder, proto::functional::at(proto::_data, proto::_value)> > {};

// THE FOLLOWING CODE BLOCK IS COPIED FROM https://github.com/barche/eigen-proto/blob/master/eigen_calculator_solution.cpp
//----------------------------------------------------------------------------------------------
/// Wraps a given expression, so the value that it represents can be stored inside the expression itself
template<typename ExprT, typename ValueT>
struct stored_result_expression :
proto::extends< ExprT, stored_result_expression<ExprT, ValueT> >
{
EIGEN_MAKE_ALIGNED_OPERATOR_NEW

typedef proto::extends< ExprT, stored_result_expression<ExprT, ValueT> > base_type;

explicit stored_result_expression(ExprT const &expr = ExprT())
: base_type(expr)
{
}

/// Temporary storage for the result of the expression
mutable ValueT value;
};

struct do_wrap_expression : proto::transform< do_wrap_expression >
{
template<typename ExprT, typename StateT, typename DataT>
struct impl : proto::transform_impl<ExprT, StateT, DataT>
{
typedef typename boost::result_of<MatmulGrammar(ExprT, StateT, DataT)>::type result_ref_type; //CHANGED - TO USE YOUR GRAMMAR
typedef typename boost::remove_reference<result_ref_type>::type value_type;
typedef typename boost::remove_const<typename boost::remove_reference<ExprT>::type>::type expr_val_type;
typedef stored_result_expression<expr_val_type, value_type> result_type;

result_type operator()(typename impl::expr_param expr, typename impl::state_param state, typename impl::data_param data)
{
return result_type(expr);
}
};
};

/// Wrap multiplies expressions so they can store a temporary result
struct wrap_expression :
proto::or_
<
proto::terminal<proto::_>,
proto::when
<
proto::multiplies<proto::_, proto::_>,
do_wrap_expression(
proto::functional::make_multiplies
(
wrap_expression(proto::_left), wrap_expression(proto::_right)
),
proto::_state, //CHANGED - THESE EXTRA PARAMETERS ARE NEEDED TO CALCULATE result_ref_type IN do_wrap_expression
proto::_env
)
>,
proto::nary_expr< proto::_, proto::vararg<wrap_expression> >
>
{
};
//--------------------------------------------------------------------------------------------------

int main() {
matrix mat1(2,2), mat2(2,2), mat3(2,2), result(2,2);

mat1 << 1, 1, 0, 1;
mat2 << 1, 1, 0, 1;
mat3 << 1, 1, 0, 1;

MatmulGrammar mmg;
wrap_expression wrap;

//THIS WORKS:
result = mmg( //THIS IS REALLY HORRIBLE, BUT IT WORKS. IT SHOULD PROBABLY BE HIDDEN BEHIND A FUNCTION
wrap(
I1 * I2,
mpl::void_(),
( proto::data = fusion::make_vector(boost::cref(mat1), boost::cref(mat2), boost::cref(mat3)),
proto::transforms = matmul_transforms() )
),
mpl::void_(),
( proto::data = fusion::make_vector(boost::cref(mat1), boost::cref(mat2), boost::cref(mat3)),
proto::transforms = matmul_transforms() )
);

std::cout << result << std::endl;

// THIS DOESN'T CRASH ANYMORE:
result = mmg(
wrap(
I1 * I2 * I3 * I1 * I2 * I3,
mpl::void_(),
( proto::data = fusion::make_vector(boost::cref(mat1), boost::cref(mat2), boost::cref(mat3)),
proto::transforms = matmul_transforms() )
),
mpl::void_(),
( proto::data = fusion::make_vector(boost::cref(mat1), boost::cref(mat2), boost::cref(mat3)),
proto::transforms = matmul_transforms() )
);

std::cout << result << std::endl;

return 0;
}
3

Другие решения

Вот еще одно решение, которое, кажется, работает. Вместо того чтобы вмешиваться в объекты выражений прото, он сохраняет общие указатели на промежуточные объекты Eigen как часть состояния. По сравнению с решением, вдохновленным C ++ Now talk, оно имеет следующие преимущества:

  • Это не требует ранней оценки шаблонов выражений Эйгена.
  • Это требует меньше изменений в грамматике, поэтому он менее навязчив в синтаксисе предметно-ориентированного языка.
  • Ответственность за поддержание промежуточных объектов берет на себя государство, которое, возможно, принадлежит ему. В частности, я полагаю, что это делает грамматику поточно-ориентированной (если это протокол).
  • Возвращает шаблон выражения, а не матрицу. Вы должны быть в безопасности, даже если вы сохраните этот шаблон в переменной и оцените его позже на досуге, так как все части включены.

Недостатки:

  • Вместо того, чтобы возвращать аккуратную матрицу, вы получаете громоздкую структуру, из которой вы должны извлечь ту часть, которая вам действительно интересна.
  • Временные объекты размещаются в куче, а не в стеке.
  • Вы должны предоставить общие указатели для ваших матриц, если вам это нравится или нет.
#include <iostream>

#include <boost/fusion/include/container.hpp>
#include <boost/fusion/include/join.hpp>
#include <boost/make_shared.hpp>
#include <boost/mpl/int.hpp>
#include <boost/mpl/void.hpp>
#include <boost/proto/proto.hpp>
#include <boost/ref.hpp>
#include <boost/shared_ptr.hpp>
#include <boost/type_traits/remove_const.hpp>
#include <boost/type_traits/remove_reference.hpp>

#include <Eigen/Dense>

namespace fusion = boost::fusion;
namespace mpl = boost::mpl;
namespace proto = boost::proto;

typedef Eigen::Matrix<float, Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic> matrix;

// Placeholders

const proto::terminal<mpl::int_<0> >::type I1 = {{}};
const proto::terminal<mpl::int_<1> >::type I2 = {{}};
const proto::terminal<mpl::int_<2> >::type I3 = {{}};

// Grammar

template<class Rule, class Callable = proto::callable>
struct External :
proto::when<Rule, proto::external_transform> {};

struct matmul_transform : proto::callable {
template<class Sig> struct result;

template<class This, class ExprList1, class ExprList2>
struct result<This(ExprList1, ExprList2)> {
typedef typename boost::remove_reference<
typename fusion::result_of::front<ExprList1>::type>::type::element_type M1;
typedef typename boost::remove_reference<
typename fusion::result_of::front<ExprList2>::type>::type::element_type M2;
typedef typename Eigen::ProductReturnType<
typename boost::remove_const<typename boost::remove_reference<M1>::type>::type,
typename boost::remove_const<typename boost::remove_reference<M2>::type>::type>::Type
product_return_type;
typedef typename fusion::result_of::push_front<
const typename fusion::result_of::join<const ExprList1, const ExprList2>::type,
boost::shared_ptr<product_return_type> >::type
type;

};

template<class ExprList1, class ExprList2>
typename result<matmul_transform(ExprList1, ExprList2)>::type
operator()(const ExprList1 &a, const ExprList2 &b) const {
typedef typename result<matmul_transform(ExprList1, ExprList2)>::product_return_type product_return_type;
return push_front(join(a, b), boost::make_shared<product_return_type>(*front(a) * *front(b)));
}
};

struct placeholder_transform : proto::callable {
template<class Sig> struct result;

template<class This, class Data, class Value>
struct result<This(Data, Value)> {
typedef typename boost::remove_const<typename boost::remove_reference<
typename fusion::result_of::at<Data, typename boost::remove_reference<Value>::type>::type>
::type>::type ptr_type;
typedef typename fusion::list<ptr_type> type;
};

template<class Data, class Value>
typename result<placeholder_transform(Data, Value)>::type
operator()(Data &data, Value value) const {
return fusion::make_list(fusion::at<Value>(data));
}
};

struct MatmulGrammar;

struct InputPlaceholder : proto::terminal<proto::_> {};

struct MatrixMultiplication :
proto::multiplies<MatmulGrammar, MatmulGrammar> {};

struct MatmulGrammar : proto::or_<
External<InputPlaceholder>,
External<MatrixMultiplication> > {};

struct matmul_transforms : proto::external_transforms<
proto::when<MatrixMultiplication, matmul_transform(MatmulGrammar(proto::_left), MatmulGrammar(proto::_right))>,
proto::when<InputPlaceholder, placeholder_transform(proto::_data, proto::_value)> > {};

int main() {
boost::shared_ptr<matrix> mat1 = boost::make_shared<matrix>(2,2);
boost::shared_ptr<matrix> mat2 = boost::make_shared<matrix>(2,2);
boost::shared_ptr<matrix> mat3 = boost::make_shared<matrix>(2,2);
boost::shared_ptr<matrix> result = boost::make_shared<matrix>(2,2);

*mat1 << 1, 1, 0, 1;
*mat2 << 1, 1, 0, 1;
*mat3 << 1, 1, 0, 1;

MatmulGrammar mmg;

// THIS WORKS:
*result = *front(
mmg(I1 * I2, mpl::void_(),
(proto::data = fusion::make_vector(mat1, mat2, mat3),
proto::transforms = matmul_transforms())));

std::cout << *result << std::endl;

// THIS WORKS, TOO:
*result = *front(
mmg(I1 * I2 * I3 * I3 * I2 * I1, mpl::void_(),
(proto::data = fusion::make_vector(mat1, mat2, mat3),
proto::transforms = matmul_transforms())));

std::cout << *result << std::endl;

return 0;
}
3

По вопросам рекламы [email protected]