Lu基于系统内置对象创建扩展数据类型，小矩阵乘效率测试

Lu基于系统内置对象创建扩展数据类型，小矩阵乘效率测试

本例中，我们将基于系统内置实数数组创建矩阵（matrix）类型，即：基本类型为luDynData_realarray（标识实数数组），扩展类型为matrix（标识矩阵）。为了简单，我们仅处理二维实数数组即矩阵类型。

基本要点：

（1）为扩展类型matrix编写运算符重载函数OpMatrix。

（2）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。

（3）为扩展类型matrix编写其他操作函数（本例未提供）。

（4）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）。

#include <windows.h>
#include <iostream>
#include <math.h>
#include "lu32.h"
#pragma comment( lib, "lu32.lib" )
using namespace std;
luKEY Matrix=-1000;	//标识矩阵类型，最终的Matrix由LockKey决定
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 
{
	wcout<<pch;
}
void _stdcall DelMatrix(void *me)	//用于LockKey函数，因为是基于系统内置实数数组创建矩阵，故该函数什么也不做
{
}
LuData _stdcall OpMatrix(luINT mm,LuData *xx,void *hFor,int theOperator)	//运算符重载函数，用于LockKey函数
{
	LuData a;
	luRealArray *pRealArray1,*pRealArray2,*pRealArray3;
	luVOID i,j,k,m,n,u,v;
	double *pa,*pb,*pc;
	luMessage pMessage;
	wchar_t wchNum[32];
	char chNum[32];
	a.BType=luStaData_nil; a.VType=luStaData_nil; a.x=0;
	switch(theOperator)
	{
	case 2:	//重载运算符*
		pRealArray1=(luRealArray *)SearchKey((char *)&(xx->x),sizeof(luVOID),luDynData_realarray);
		pRealArray2=(luRealArray *)SearchKey((char *)&((xx+1)->x),sizeof(luVOID),luDynData_realarray);
		if(!pRealArray1 || !pRealArray2) break;	//对象句柄无效，不是实数数组
		if(pRealArray1->DimLen!=2 || pRealArray2->DimLen!=2) break;	//不是二维实数数组（矩阵）
		if(pRealArray1->Dim[1]!=pRealArray2->Dim[0]) break;	//维数不匹配
		pRealArray3=(luRealArray *)NewSysObj(luDynData_realarray,pRealArray1->Dim[0]*pRealArray2->Dim[1],2);	//创建矩阵对象
		if(!pRealArray3) break;
		pRealArray3->Dim[0]=pRealArray1->Dim[0]; pRealArray3->Dim[1]=pRealArray2->Dim[1];	//设置矩阵维数大小
		pa=pRealArray1->Array; pb=pRealArray2->Array; pc=pRealArray3->Array;
		m=pRealArray1->Dim[0]; n=pRealArray1->Dim[1]; k=pRealArray2->Dim[1];
		for(i=0; i<m; i++)	//矩阵乘
		{
			for(j=0; j<k; j++)
			{
				u=i*k+j; pc[u]=0.0;
				for (v=0; v<n; v++)
				{
					pc[u]=pc[u]+pa[i*n+v]*pb[v*k+j];
				}
			}
		}
		FunReObj(hFor);	//告诉Lu，返回一个动态对象
		a.BType=luDynData_realarray; a.VType=Matrix; a.x=0; *(luVOID *)&(a.x)=(luVOID)pRealArray3;
		break;
	case 25:	//重载运算符.*
		pRealArray1=(luRealArray *)SearchKey((char *)&(xx->x),sizeof(luVOID),luDynData_realarray);
		pRealArray2=(luRealArray *)SearchKey((char *)&((xx+1)->x),sizeof(luVOID),luDynData_realarray);
		if(!pRealArray1 || !pRealArray2) break;	//对象句柄无效，不是实数数组
		if(pRealArray1->DimLen!=2 || pRealArray2->DimLen!=2) break;	//不是二维实数数组（矩阵）
		if(pRealArray1->Dim[0]!=pRealArray2->Dim[0] || pRealArray1->Dim[1]!=pRealArray2->Dim[1]) break;	//维数不相同
		pRealArray3=(luRealArray *)NewSysObj(luDynData_realarray,pRealArray1->ArrayLen,2);	//创建矩阵对象
		if(!pRealArray3) break;
		pRealArray3->Dim[0]=pRealArray1->Dim[0]; pRealArray3->Dim[1]=pRealArray1->Dim[1];	//设置矩阵维数大小
		for(i=0;i<pRealArray1->ArrayLen;i++) pRealArray3->Array[i]=pRealArray1->Array[i]*pRealArray2->Array[i];//矩阵点乘
		FunReObj(hFor);	//告诉Lu，返回一个动态对象
		a.BType=luDynData_realarray; a.VType=Matrix; a.x=0; *(luVOID *)&(a.x)=(luVOID)pRealArray3;
		break;
	case 46:	//重载函数new
		a=ExeOperator(mm,xx,hFor,theOperator,luDynData_realarray);	//直接调用基本类型luDynData_realarray的new函数
		if(a.VType==luDynData_realarray) a.VType=Matrix;	//设置扩展类型为自定义的Matrix类型
		break;
	case 49:	//重载函数o
		pMessage=(luMessage)SearchKey("\0\0\0\0",sizeof(luVOID),luPubKey_User);
		if(!pMessage) break;
		pRealArray1=(luRealArray *)SearchKey((char *)&(xx->x),sizeof(luVOID),luDynData_realarray);
		if(!pRealArray1) break;	//对象句柄无效，不是实数数组
		if(pRealArray1->DimLen!=2) break;	//不是二维实数数组（矩阵）
		pa=pRealArray1->Array;
		m=pRealArray1->Dim[0]; n=pRealArray1->Dim[1]; k=0;
		for(i=0; i<m; i++)	//输出矩阵
		{
			pMessage(L"\r\n"); k+=2;
			for(j=0; j<n; j++)
			{
				_gcvt_s(chNum,pa[i*n+j],16);
				for(u=0;chNum[u];u++) {wchNum[u]=chNum[u]; k++;}
				wchNum[u]='\0';
				pMessage(wchNum); pMessage(L"  "); k+=2;
			}
		}
		pMessage(L"\r\n"); k+=2;
		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
		break;
	default:
		break;
	}
	return a;
}
void main(void)
{
	void *hFor;		//表达式句柄
	luINT nPara;		//存放表达式的自变量个数
	LuData *pPara;		//存放输入自变量的数组指针
	luINT ErrBegin,ErrEnd;	//表达式编译出错的初始位置和结束位置
	int ErrCode;		//错误代码
	void *v;
	wchar_t ForStr[]=L"o{new[matrix,2,3,data: 0.,1.,2.;3.,4.,5.]*new[matrix,3,2,data: 1.,2.;3.,4.;5.,6.]}";//字符串表达式，矩阵乘
	//wchar_t ForStr[]=L"o{new[matrix,2,3,data: 0.,1.,2.;3.,4.,5.].*new[matrix,2,3,data: 1.,2.,3.;4.,5.,6.]}";//字符串表达式，矩阵点乘
	LuData Val;
	if(!InitLu()) return;	//初始化Lu
	while(LockKey(Matrix,DelMatrix,OpMatrix)){Matrix++;}	//锁定一个键，用于存储矩阵扩展类型

	Val.BType=luStaData_int64; Val.VType=luStaData_int64; Val.x=Matrix;	//定义整数常量
	SetConst(L"matrix",&Val);	//设置整数常量
	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
	wcout.imbue(locale("chs"));	//设置输出的locale为中文
  
	ErrCode=LuCom(ForStr,0,0,0,hFor,nPara,pPara,ErrBegin,ErrEnd); //编译表达式
	if(ErrCode)
	{
		wcout<<L"表达式有错误！错误代码："<<ErrCode<<endl;
	}
	else
	{
		LuCal(hFor,pPara);	//计算表达式的值
	}
	LockKey(Matrix,NULL,OpMatrix);//解锁键Matrix，本例中，该函数可以不用
	FreeLu();			//释放Lu
}

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：

main(:a,b,c,d,t,i)=
a=new[matrix,2,2,data:1.,2.,2.,1.],
b=new[matrix,2,2,data:2.,1.,1.,2.],
c=new[matrix,2,2,data: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"}

C/C++中的字符串定义为：

	wchar_t ForStr[]=L"main(:a,b,c,d,t,i)= a=new[matrix,2,2,data:1.1,2.,2.,1.], b=new[matrix,2,2,data:2.,1.,1.,2.], c=new[matrix,2,2,data: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

结果：

4. 5.
5. 4.
time=0.875 seconds.
请按任意键继续. . .

Matlab 2009a 代码：

a=[1.,2.;2.,1.];
b=[2.,1.;1.,2.];
c=[2/3.,-1/3.;-1/3.,2/3.];
tic,
d=a*b;
for i=1:1000000
d=d*c*b;
end
d,
toc

结果：

d =

     4     5
     5     4

Elapsed time is 2.903034 seconds.

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。