(hi[at]changkun.de) 最后更新 2023 年 5 月 7 日- ff6ee89 注意 此 PDF 的内容可能过期，请检查本书网站以及 GitHub 仓库以获取最新内容。 版权声明 本书系欧长坤著，采用“知识共享署名-非商业性使用-禁止演绎 4.0 国际许可协议 (CC BY-NC-ND)”进 行许可。https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 if/switch 变量声明强化 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 初始化列表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 显式虚函数重载 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 显式禁用默认函数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

，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 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： 令 Int, Float, Double 继承 Numeric 接口类并实现 ，其中 multiply(int) 作为虚函数。然后定义： Numeric *twice(Numeric *t) { return t->multiply(2); } 且不说这样的性能问题，你忍得住寂寞去重复定义好 几个，然后每个运算符都要声明一个纯虚函数吗？ 即可，他会自动和已有的模板 twice(T) 之间相互重载。 模板函数：特化的重载（续） • 但是这样也有一个问题，那就是如果我用 twice(“hello”) 这样去调用，他不会自动隐 式转换到 std::string 并调用那个特化函数 ，而是会去调用模板函数 twice(“hello”) ，从而出错。 • 可能的解决方案： SFINAE 。 模板函数：默认参数类型

1 《深入浅出MFC》2/e 电子书开放自由下载 声明 致亲爱的大陆读者 我是侯捷（侯俊杰）。自从华中理工大学于1998/04 出版了我的《深入浅出MFC》 1/e 简体版（易名《深入浅出Windows MFC 程序设计》）之后，陆陆续续我 收到了许多许多的大陆读者来函。其中对我的赞美、感谢、关怀、殷殷垂询， 让我非常感动。 《深入浅出MFC》2/e 早已于1998/05 于台湾出版。之所以迟迟没有授权给大 一口气将这本书给读完了，而且是彻彻底底读了两遍。 我个人特别喜欢第３章：MFC 六大关键技术之仿真。这章内容的设计的确在MFC 丛林中， 大刀阔斧地披露出最重要的筋络，我相信这正是所有学习MFC 的人所需要的一种表明方 式。对我而言，以往遗留的许多疑惑，在此都一一得到了解答。最重要的是，您曾经说过， 学习MFC 的过程中最重要的莫过于自我审视MFC 程序代码的能力。很高兴地，在我看完本书 之后，我确实比以前更有能力来看MFC / 40 第㆒篇 勿在浮砂築高臺 - 本書技術前提 / 001 第１章 Win32 程式基本觀念/ 003 Win32 程式開發流程/ 005 需要什麼函式庫（.LIB） / 005 需要什麼表頭檔（.H） / 006 深入淺出 MFC 14 以訊息為基礎，以事件驅動之 / 007 ㆒個具體而微的

，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 getter/setter 封装。 • 各个成员之间相互正交，比如数学矢量类 Vec3 ，就没必要去搞封装，只会让程序员 变得痛苦，同时还有一定性能损失：特别 是如果 getter/setter 函数分离了声明和定 义，实现在另一个文件时！ C++ 思想： RAII （ Resource Acquisition Is Initialization ） 资源获取视为初始化，反之，资源释放视为销毁 C++ 还包括了用于销毁的解构函数（ destructor ） 离开 {} 作用域自动释放 手动释放 RAII ：避免犯错误 与 Java ， Python 等垃圾回收语言不同， C++ 的 解构函数是显式的，离开作用域自动销毁，毫不含 糊（有好处也有坏处，对高性能计算而言利大于 弊） 如果没有解构函数，则每个带有返回的分 支都要手动释放所有之前的资源 : RAII ：异常安全（ exception-safe

拷贝，然后对对象本身和他的拷贝都调用一次 eatFood 虚函数。 • 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 Derived 的拷贝 构造函数 Derived(Derived const &) 。 CRTP (Curiously Recurring Template Pattern / 奇异递归模板模 式 ) • 形如 struct Derived : Base {}; • 基类模板参数包含派生类型的，这种就是传说中的 CRTP 。包含派生类型是为了能调用派 生类的某些函数（我们这个例子中是拷贝构造函数）。 VDBGrid 作为所有网格类的基类提供各个 操作做为虚函数， VDBGridWrapper 则是 那个实现了擦除的包装类。 Zeno 节点系统 • 节点在 Zeno 中所扮演的角色，实际上相当于函数式编程中的函数。 • 节点输入若干个对象，并输出若干个对象。 Zeno 节点系统 • 节点的输出可以连线到另一个节点的输入上，相当于函数的调用和返回。 • 众多节点的组合，可以形成更强大的功能，这就是

device ； device 可以调用 device 。 声明为内联函数 • 注意， inline 在现代 C++ 中的效果是声明一个函数为 weak 符号，和性能优化意义上的内联无关。 • 优化意义上的内联指把函数体直接放到调用者那里去。 • 因此 CUDA 编译器提供了一个“私货”关键字： __inline__ 来 声明一个函数为内联。不论是 CPU 函数还是 GPU 都可以使 用，只要你用的 CUDA 编译器。 GCC 编译器相应的私货则 是 __attribute__((“inline”)) 。 • 注意声明为 __inline__ 不一定就保证内联了，如果函数太大编 译器可能会放弃内联化。因此 CUDA 还提供 __forceinline__ 这个关键字来强制一个函数为内联。 GCC 也有相应的 __attribute__((“always_inline”)) __device__ 函数的声明和定义：出错 • 默认情况下 GPU 函数必须定义在同一个文件里。 如果你试图分离声明和定义，调用另一个文件里 的 __device__ 或 __global__ 函数，就会出错 。 分离 __device__ 函数的声明和定义：解决 • 开启 CMAKE_CUDA_SEPARABLE_COMPILATION 选 项（设为 ON ），即可启用分离声明和定义的支持。

，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 单文件编译虽然方便，但也有如下缺点： 1. 所有的代码都堆在一起，不利于模块化和理解。 2. 工程变大时，编译时间变得很长，改动一个地方就得全部重新编译。 • 因此，我们提出多文件编译的概念，文件之间通过符号声明相互引用。 • > g++ -c hello.cpp -o hello.o • > g++ -c main.cpp -o main.o • 其中使用 -c 选项指定生成临时的对象文件 main PUBLIC 的含义稍后会说明（ CMake 中有很多这样的大写修饰符） 为什么 C++ 需要声明 • 在多文件编译章中，说到了需要在 main.cpp 声明 hello() 才能引用。为什么？ 1. 因为需要知道函数的参数和返回值类型：这样才能支持重载，隐式类型转换等特性。例 如 show(3) ，如果声明了 void show(float x) ，那么编译器知道把 3 转换成 3.0f 才能 调用。

a’[i] = (a[i - 1] + a[i + 1]) * 0.5 • 那么也应该有 a’’[i] = (a’[i - 1] + a’[i + 1]) * 0.5 • 不妨带入 (1) 式到 (2) 式，得到： • a’’[i] = (a[i - 2] + a[i + 2]) * 0.25 + a[i] * 0.5 • 我们得到了求出两次迭代后状态的公式。这样 就可以在一个循环体内实现两次迭代的效果！ 对齐，他底层也是基于 aligned_alloc 实现 的。 案例：临时创建的数组 • 临时创建的数组，每次调用 func 都会重 复内存分配一次（进入一次内核态），非 常浪费时间。 解决：手动池化 • 声明为 static 变量，这样第二次进入 func 的时候还是 同一个数组，不需要重复分配内存。 thread_local 表示 如有多个线程，每个线程保留一个 tmp 对象的副本， 防止多线程调用 没有办法自动预取造成的 。 封装成 ndarray 类 ndarray.h ，同学们可以在作业或 是自己的项目里随意使用。 不要再用 Java 式的二层三层指针 了，用 ndarray<2, float> 声明一 个二维浮点数组， ndarray<3, int> 声明一个三维整型数组。 这里的 ndarray 通过 a(x, y) 来 索引，看起来像 Fortran ，但是 实际上还是 YX 序，和静态数组

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。 • explicit vector(size_t vector a{4}; • 会得到长度为 1 只有一个元素 4 的数组。 • 如果需要长度为 4 ，元素全部为 0 的数组，必 须用圆括号 () 而不是花括号 {} ，这样才能保证 调用他的显式（ explicit ）构造函数： • vector a(4); • 会得到长度为 4 元素全为 0 的数组。 • vector(initializer_list list); 容器：构造函数 • 这在对于只能用花括号初始化的类成员来说，就 有很大问题： • vector a{4}; • 会得到长度为 1 只有一个元素 4 的数组。 • 但还是可以用这种写法强制调用显式构造函数： • vector a = vector(4); • 会得到长度为 4 元素全为 0 的数组。 • vector(initializer_list list);

return n + res; } 图 2‑3 展示了该函数的递归过程。 图 2‑3 求和函数的递归过程 虽然从计算角度看，迭代与递归可以得到相同的结果，但它们代表了两种完全不同的思考和解决问题的范 式。 ‧ 迭代：“自下而上”地解决问题。从最基础的步骤开始，然后不断重复或累加这些步骤，直到任务完成。 ‧ 递归：“自上而下”地解决问题。将原问题分解为更小的子问题，这些子问题和原问题具有相同的形式。 总结以上内容，如表 2‑1 所示，迭代和递归在实现、性能和适用性上有所不同。 表 2‑1 迭代与递归特点对比 第 2 章 复杂度分析 hello‑algo.com 27 迭代 递归 实现方 式 循环结构 函数调用自身 时间效 率 效率通常较高，无函数调用开销 每次函数调用都会产生开销 内存使 用 通常使用固定大小的内存空间 累积函数调用可能使用大量的栈帧空间 适用问 题 归：当函数完成执行并返回时，对应的栈帧会被从“调用栈”上移除，恢复之前函数的执行环境。 因此，我们可以使用一个显式的栈来模拟调用栈的行为，从而将递归转化为迭代形式： // === File: recursion.cpp === /* 使用迭代模拟递归 */ int forLoopRecur(int n) { // 使用一个显式的栈来模拟系统调用栈 stack stack; int res = 0;