在Lu中创建自定义数据类型，小矩阵乘效率测试，有胜出

forcal

本例中，我们将自定义矩阵（matrix）类型，基本类型和扩展类型均为matrix（标识矩阵）。 基本要点： （1）编写生成矩阵（matrix）的函数NewMatrix和销毁矩阵的函数DelMatrix。 （2）为自定义类型matrix编写运算符重载函数OpMatrix。 （3）用函数LockKey将重载函数OpMatrix注册到Lu，锁定的键的类型即为matrix，要注册为常量，以便于使用。 （4）为自定义类型matrix编写其他操作函数（本例未提供）。 （5）用函数LockKey解锁键matrix（本例中，程序退出时会自动解锁，故可以不用）。

1. #include <windows.h>
2. #include <iostream>
3. #include <math.h>
4. #include "lu32.h"
5. #pragma comment( lib, "lu32.lib" )
6. using namespace std;
7. //自定义矩阵
8. class myMatrix
9. {
10. public:
11. double *Array; //数据缓冲区
12. luVOID ArrayLen; //数据缓冲区长度
13. luVOID Dim[2]; //矩阵维数
14. myMatrix(){Array=NULL; ArrayLen=0; Dim[0]=0; Dim[1]=0;}
15. ~myMatrix()
16. {
17. if(Array) delete[] Array;
18. }
19. };
20. luKEY Matrix=-1000; //标识矩阵类型，最终的Matrix由LockKey决定
21. void _stdcall LuMessage(wchar_t *pch)//输出动态库信息，该函数注册到Lu，由Lu二级函数调用
22. {
23. wcout<<pch;
24. }
25. void _stdcall DelMatrix(void *me) //用于LockKey函数及InsertKey函数，使Lu能自动销毁myMatrix对象
26. {
27. delete (myMatrix *)me;
28. }
29. myMatrix * _stdcall NewMatrix(luVOID m,luVOID n) //生成一个myMatrix对象
30. {
31. myMatrix *pMatrix;
32. luVOID k;
33. double *pa;
34. char keyname[sizeof(luVOID)];
35. void *NowKey;
36. k=m*n;
37. pMatrix=(myMatrix *)GetBufObj(Matrix,keyname);//先尝试从缓冲区中获取一个矩阵对象
38. if(pMatrix)
39. {
40. if(pMatrix->ArrayLen!=k) //重置矩阵的大小
41. {
42. pa=new double[k];
43. if(!pa)
44. {
45. DeleteKey(keyname,sizeof(luVOID),Matrix,DelMatrix,1); //将矩阵对象放回缓冲区
46. return NULL;
47. }
48. delete[] pMatrix->Array;
49. pMatrix->Array=pa;
50. }
51. }
52. else
53. {
54. pMatrix=new myMatrix; //创建矩阵对象
55. if(!pMatrix) return NULL;
56. pMatrix->Array=new double[k];
57. if(!pMatrix->Array)
58. {
59. delete pMatrix;
60. return NULL;
61. }
62. if(InsertKey((char *)&pMatrix,-1,Matrix,pMatrix,DelMatrix,NULL,0,NowKey)) //将矩阵对象注册到Lu
63. {
64. delete pMatrix;
65. return NULL;
66. }
67. }
68. pMatrix->ArrayLen=k; pMatrix->Dim[0]=m; pMatrix->Dim[1]=n;
69. return pMatrix;
70. }
71. LuData _stdcall OpMatrix(luINT mm,LuData *xx,void *hFor,int theOperator) //运算符重载函数，用于LockKey函数
72. {
73. LuData a;
74. myMatrix *pMatrix1,*pMatrix2,*pMatrix3;
75. luVOID i,j,k,m,n,u,v;
76. double *pa,*pb,*pc;
77. luMessage pMessage;
78. wchar_t wchNum[32];
79. char chNum[32];
80. a.BType=luStaData_nil; a.VType=luStaData_nil; a.x=0;
81. switch(theOperator)
82. {
83. case 2: //重载运算符*
84. pMatrix1=(myMatrix *)SearchKey((char *)&(xx->x),sizeof(luVOID),Matrix);
85. pMatrix2=(myMatrix *)SearchKey((char *)&((xx+1)->x),sizeof(luVOID),Matrix);
86. if(!pMatrix1 || !pMatrix2) break; //对象句柄无效，不是矩阵
87. if(pMatrix1->Dim[1]!=pMatrix2->Dim[0]) break; //维数不匹配
88. pMatrix3=NewMatrix(pMatrix1->Dim[0],pMatrix2->Dim[1]); //生成新矩阵
89. if(!pMatrix3) break;
90. pa=pMatrix1->Array; pb=pMatrix2->Array; pc=pMatrix3->Array;
91. m=pMatrix1->Dim[0]; n=pMatrix1->Dim[1]; k=pMatrix2->Dim[1];
92. for(i=0; i<m; i++) //矩阵乘
93. {
94. for(j=0; j<k; j++)
95. {
96. u=i*k+j; pc[u]=0.0;
97. for (v=0; v<n; v++)
98. {
99. pc[u]=pc[u]+pa[i*n+v]*pb[v*k+j];
100. }
101. }
102. }
103. FunReObj(hFor); //告诉Lu，返回一个动态对象
104. a.BType=Matrix; a.VType=Matrix; a.x=0; *(luVOID *)&(a.x)=(luVOID)pMatrix3;
105. break;
106. case 25: //重载运算符.*
107. pMatrix1=(myMatrix *)SearchKey((char *)&(xx->x),sizeof(luVOID),Matrix);
108. pMatrix2=(myMatrix *)SearchKey((char *)&((xx+1)->x),sizeof(luVOID),Matrix);
109. if(!pMatrix1 || !pMatrix2) break; //对象句柄无效，不是矩阵
110. if(pMatrix1->Dim[0]!=pMatrix2->Dim[0] || pMatrix1->Dim[1]!=pMatrix2->Dim[1]) break; //维数不相同
111. pMatrix3=NewMatrix(pMatrix1->Dim[0],pMatrix1->Dim[1]); //生成新矩阵
112. if(!pMatrix3) break;
113. for(i=0;i<pMatrix1->ArrayLen;i++) pMatrix3->Array[i]=pMatrix1->Array[i]*pMatrix2->Array[i]; //矩阵点乘
114. FunReObj(hFor); //告诉Lu，返回一个动态对象
115. a.BType=Matrix; a.VType=Matrix; a.x=0; *(luVOID *)&(a.x)=(luVOID)pMatrix3;
116. break;
117. case 46: //重载函数new
118. if(mm<2) break;
119. if((xx+1)->x<1 || (xx+2)->x<1 || (xx+1)->BType!=luStaData_int64 || (xx+2)->BType!=luStaData_int64) break;
120. pMatrix3=NewMatrix((luVOID)(xx+1)->x,(luVOID)(xx+2)->x);//生成新矩阵
121. if(!pMatrix3) break;
122. for(j=0,i=3;i<=mm;i++,j++) //赋初值
123. {
124. if(j>=pMatrix3->ArrayLen) break;
125. if((xx+i)->BType!=luStaData_double) break; //只接受实数参数
126. pMatrix3->Array[j]=*(double *)&((xx+i)->x);
127. }
128. FunReObj(hFor); //告诉Lu，返回一个动态对象
129. a.BType=Matrix; a.VType=Matrix; a.x=0; *(luVOID *)&(a.x)=(luVOID)pMatrix3;
130. break;
131. case 49: //重载函数o
132. pMessage=(luMessage)SearchKey("\0\0\0\0",sizeof(luVOID),luPubKey_User);
133. if(!pMessage) break;
134. pMatrix1=(myMatrix *)SearchKey((char *)&(xx->x),sizeof(luVOID),Matrix);
135. if(!pMatrix1) break; //对象句柄无效，不是矩阵
136. pa=pMatrix1->Array;
137. m=pMatrix1->Dim[0]; n=pMatrix1->Dim[1]; k=0;
138. for(i=0; i<m; i++) //输出矩阵
139. {
140. pMessage(L"\r\n"); k+=2;
141. for(j=0; j<n; j++)
142. {
143. _gcvt_s(chNum,pa[i*n+j],16);
144. for(u=0;chNum[u];u++) {wchNum[u]=chNum[u]; k++;}
145. wchNum[u]='\0';
146. pMessage(wchNum); pMessage(L" "); k+=2;
147. }
148. }
149. pMessage(L"\r\n"); k+=2;
150. a.BType=luStaData_int64; a.VType=luStaData_int64; a.x=k; //按函数o的要求，返回输出的字符总数
151. break;
152. default:
153. break;
154. }
155. return a;
156. }
157. void main(void)
158. {
159. void *hFor; //表达式句柄
160. luINT nPara; //存放表达式的自变量个数
161. LuData *pPara; //存放输入自变量的数组指针
162. luINT ErrBegin,ErrEnd; //表达式编译出错的初始位置和结束位置
163. int ErrCode; //错误代码
164. void *v;
165. wchar_t ForStr[]=L"o{new[matrix,2,3: 0.,1.,2.;3.,4.,5.]*new[matrix,3,2: 1.,2.;3.,4.;5.,6.]}";//字符串表达式，矩阵乘
166. //wchar_t ForStr[]=L"o{new[matrix,2,3: 0.,1.,2.;3.,4.,5.].*new[matrix,2,3: 1.,2.,3.;4.,5.,6.]}";//字符串表达式，矩阵点乘
167. LuData Val;
168. if(!InitLu()) return; //初始化Lu
169. while(LockKey(Matrix,DelMatrix,OpMatrix)){Matrix--;} //锁定一个键，用于存储矩阵扩展类型
171. Val.BType=luStaData_int64; Val.VType=luStaData_int64; Val.x=Matrix; //定义整数常量
172. SetConst(L"matrix",&Val); //设置整数常量
173. InsertKey("\0\0\0\0",4,luPubKey_User,LuMessage,NULL,NULL,1,v); //使Lu运行时可输出函数信息
174. wcout.imbue(locale("chs")); //设置输出的locale为中文
176. ErrCode=LuCom(ForStr,0,0,0,hFor,nPara,pPara,ErrBegin,ErrEnd); //编译表达式
177. if(ErrCode)
178. {
179. wcout<<L"表达式有错误！错误代码："<<ErrCode<<endl;
180. }
181. else
182. {
183. LuCal(hFor,pPara); //计算表达式的值
184. }
185. LockKey(Matrix,NULL,OpMatrix);//解锁键Matrix，本例中，该函数可以不用
186. FreeLu(); //释放Lu
187. }

复制代码

习题： （1）自定义矩阵的加、减、左除、右除、点左除等运算，自编测试字符串代码，重新编译运行程序，观察计算结果。 （2）小矩阵乘效率测试。编译运行以下Lu字符串代码：

1. main(:a,b,c,d,t,i)=
2. a=new[matrix,2,2: 1.,2.,2.,1.],
3. b=new[matrix,2,2: 2.,1.,1.,2.],
4. c=new[matrix,2,2: 2/3.,-1/3.,-1/3.,2/3.],
5. t=clock(),
6. d=a*b, i=0, while{i<1000000, d=d*c*b, i++},
7. o{d, "time=",[clock()-t]/1000.," seconds.\r\n"}

复制代码

C/C++中的字符串定义为：

1. wchar_t ForStr[]=L"main(:a,b,c,d,t,i)= a=new[matrix,2,2: 1.,2.,2.,1.], b=new[matrix,2,2: 2.,1.,1.,2.], c=new[matrix,2,2: 2/3.,-1/3.,-1/3.,2/3.], t=clock(), d=a*b, i=0, while{i<1000000, d=d*c*b, i++}, o{d, "time=",[clock()-t]/1000.," seconds.\r\n"}";//字符串表达式

复制代码

结果：

1. 4. 5.
2. 5. 4.
3. time=0.797 seconds.
4. 请按任意键继续. . .

复制代码

Matlab 2009a 代码：

1. a=[1.,2.;2.,1.];
2. b=[2.,1.;1.,2.];
3. c=[2/3.,-1/3.;-1/3.,2/3.];
4. tic,
5. d=a*b;
6. for i=1:1000000
7. d=d*c*b;
8. end
9. d,
10. toc

复制代码

结果：

1. d =
2. 4 5
3. 5 4
4. Elapsed time is 2.903034 seconds.

复制代码

本例矩阵乘效率测试，Lu的速度超过了Matlab，主要在于Lu有更高的动态对象管理效率。 与上例相比较可以知道，自定义数据类型和系统内置类型有近乎相同的效率。