如何在没有冗余计算的 if 语句中使用 std::valarray？

Posted 2023-02-21

【中文标题】如何在没有冗余计算的 if 语句中使用 std::valarray？

【英文标题】：How to use std::valarray in if statement without redundant computation?

【发布时间】：2020-05-31 15:09:44

【问题描述】：

我有以下带有float的代码，例如：

std::vector<float> v = 0.f, 1.f, 2.f;
for(size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
    if(v[i] != 0) // An optimization for `v[i] != 0`.
        v[i] = v[i] * v[i] * v[i]; // Time-consuming computation.

现在我想用std::valarray<float>替换float：

using vfloat = std::valarray<float>;
std::vector<vfloat> v = vfloat0.f, 0.f, vfloat1.f, 0.f, vfloat2.f, 0.f;
for(size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
    // if(v[i] != 0) // I want this optimization! ◀◀◀◄◀◀◀◀◀◀◀◀◀◀◀◀◀◀◀◀◀◀◀◀◀◀◀◀◀◀◀◀
        v[i] = v[i] * v[i] * v[i]; // Time-consuming computation.

虽然新代码在逻辑上是正确的，但对于v[i][j] == 0存在冗余计算。

那么如何在if语句中使用std::valarray而不进行冗余计算呢？

【问题讨论】：

“最佳”以什么方式？你面临什么问题？澄清。

你真的要开启警告

@AsteroidsWithWings 抱歉不清楚。现已更新。

使用嵌套循环

如果你问如何检查一个 valarray 是否包含非零元素：if ((v0[i] != 0).max())

【参考方案1】：

如果您想跳过 v[i] 中的元素，请使用嵌套循环

using vfloat = std::valarray<float>;
std::vector<vfloat> v = vfloat0.f, 0.f, vfloat1.f, 0.f, vfloat2.f, 0.f;
for(size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
    for(size_t j = 0; j < v[i].size(); ++j)
        if (v[i][j] != 0)
            v[i][j] = v[i][j] * v[i][j] * v[i][j]; // Time-consuming computation.

或apply:

using vfloat = std::valarray<float>;
std::vector<vfloat> v = vfloat0.f, 0.f, vfloat1.f, 0.f, vfloat2.f, 0.f;
for(size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
    v[i] = v[i].apply([](float n) -> float 
        if (n == 0) return 0;
        return n * n * n; // Time-consuming computation.
    );

如果你想跳过v中的元素

using vfloat = std::valarray<float>;
std::vector<vfloat> v = vfloat0.f, 0.f, vfloat1.f, 0.f, vfloat2.f, 0.f;
for(size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
    if ((v[i] != 0).max() != 0)
        v[i] = v[i] * v[i] * v[i]; // Time-consuming computation.

【参考方案2】：

有很多选择：

#include <valarray>
#include <algorithm>
// 2 loops in the worst case 
bool is_not_zero_0(std::valarray<float> const & v)

    return v.max() != 0.0 || v.min() != 0.0;


// one loop
bool is_not_zero_1(std::valarray<float> const & v)

    return std::find_if(v.begin(), v.end(v), [](float item)return item != 0.0f;) != v.end();

// 2 loops + allocation
bool is_not_zero_2(std::valarray<float> const & v)

    return (v != 0.0).max();