当对象很大时返回一个指针或值

Posted 2023-02-21

【中文标题】当对象很大时返回一个指针或值

【英文标题】：Return a pointer or value when objects are large

【发布时间】：2020-04-27 13:06:12

【问题描述】：

假设我们创建了一个 Matrix<n, m> 类，它将 nxm 个整数存储在成员变量 std::array<std::array<int, m>, n> inner; 中。现在有两种添加方式：

方法一）按值返回（constexpr可以）

template<int n, int m> class Matrix 
    ...
    constexpr Matrix add(const Matrix& that) const 
        matrix ret;
        for (int y = 0; y < n; y++)
            for (int x = 0; x < m; x++)
                ret.inner[y][x] = this->inner[y][x] + that.inner[y][x];
        return ret;
    
    ...

方法2）返回指针（constexpr是不可能的）

template<int n, int m> class Matrix 
    ...
    Matrix *add(const Matrix& that) const 
        Matrix *ret = new Matrix();
        for (int y = 0; y < n; y++)
            for (int x = 0; x < m; x++)
                ret->inner[y][x] = this->inner[y][x] + that.inner[y][x];
        return ret;
    
    ...

我的程序需要对1000x1000 矩阵（图像）进行算术运算，所以使用 方法 1 我会立即得到一个 ***。我的程序还适用于需要在编译时计算的小型4x4 矩阵（量子计算中的密度矩阵），因此在这些constexpr 初始化中使用方法2 是不可能的。

问题：我是否需要为每个返回 Matrix 的方法制作两个版本？ （一个返回Matrix，另一个返回Matrix*）这将是很多重复的代码。这个问题有多普遍？是否有另一种使用堆的方法，以便constexpr 也可以使用 方法 2？

This answer 提到移动语义已经将偏好稍微转移到了方法 1。但是由此产生的堆栈溢出呢？

【问题讨论】：

不要使用std::array<std::array<int, m>, n>，使用适当大小的std::vector<int>。

不幸的是，这是不可能的。我确实调用了一个外部 dll（数学内核库），它期望矩阵像 std::array 一样存储。

实际导致溢出的部分不在您发布的代码中。如果Matrix 确实管理动态内存，则不需要动态分配Matrix

如果你说的是Intel的MKL，它在C接口中使用一维数组，没有C++接口。

只有 1000x1000？如果您没有太多线程，或者您使用的是 64 位二进制文​​件，则只需增加堆栈大小即可。

【参考方案1】：

我的提议：

template<size_t n, size_t m>
class Matrix

public:
    Matrix& operator+=(const Matrix& other)
    
        return *this;
    
;

template<size_t n, size_t m>
Matrix<n, m> constexpr operator+(Matrix<n, m> x, Matrix<n, m> const& y)

    x += y;
    return x;


template<size_t n, size_t m>
std::unique_ptr<Matrix<n, m>> add(Matrix<n, m> const* x, Matrix<n, m> const* y)

    auto result = std::make_unique<n, m>(*x);
    *result += *y;
    return std::unique_result;

现在您可以对小矩阵使用按值加法：

Matrix<10, 12> m1, m2;
auto m3 = m1 + m2;

以及您可以动态分配的大型矩阵：

auto pm1 = std::make_unique<Matrix<12, 10>>();
auto pm2 = std::make_unique<Matrix<12, 10>>();
auto pm3 = add(pm1.get(), pm2.get());

甚至：

auto pm3 = std::make_unique<Matrix<12, 10>>(pm1);
*pm3 += *pm2;

【讨论】：

我想你忘记了operator+= 中的实际添加。也许至少放一个占位符评论。

@FrançoisAndrieux 它在课堂上......承认，我没有在里面添加任何东西，但为了演示就足够了。