基于产生式编程的矩阵计算库的设计与实现

摘要

本文利用了产生式编程的思想解决面向对象设计中遇到的设计意图丢失、性能损失以及维护成本高等问题。运用新思想实现了一个矩阵计算库，解决传统面向对象矩阵库在高性能计算领域所遇到的性能瓶颈。 产生式编程利用领域分析方法，在最终的软件产品生成之前，对其进行领域优化，经过优化，产生适合我们需求的组件或软件产品。本文对矩阵技术领域分析后，得到该领域的特征模型，然后运用C++实现矩阵计算领域的各个组件，再利用模板元编程技术实现产生器，它可以自动对组件进行装配，得到目标矩阵类型。 这个矩阵库的性能可以与手写的C矩阵库的性能相比，而且使用更少的代码覆盖了更多的矩阵类型，并且保持了面向对象矩阵库的表现能力。 成功的实验表明，产生式矩阵库实现了问题空间和解空间的分离，使两个空间可以独立的变化；该库可以在更高层次描述系统规范，客户端不必指定目标矩阵类型的所有细节，只需给出声明性的描述就可以得到目标矩阵；库的冗余更少，参数化差异允许避免两个包含大多的相同、只有少数细节不同的代码；具有良好的性能，大量使用内联实现静态绑定，同手工编写的c代码相当；良好的可扩展性，由于组件之间比较独立，组件内部变化不会影响其他组件，所以能够进行很容易的扩展。 产生式编程思想展现了下一代软件开发技术的宏伟蓝图，它向着所有软件开发者梦寐以求的目标迈进了一大步，是软件开发实现工业化生产模式的指导性思想。 论文首先对实现整个程序库使用的核心技术作了简要的说明。然后从对矩阵库的需求出发，进行了库的结构设计。论文的后续部分详细描述了库的各部分的实现过程和技术细节，最后论文对库的功能加以总结，并指出了需要进一步完善和扩展的工作。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1论文的研究背景和国内外发展动态

1.2面向对象开发存在的问题和本文的主要工作

2程序库开发相关技术

2.1领域工程

2.2特征建模

2.3产生式编程

2.4产生器

2.5 GenVoca

2.6泛型编程

3矩阵计算的领域分析和概要设计

3.1 工程概况

3.2领域分析

3.2.1领域定义

3.2.2领域建模

3.2.3领域设计和实现

3.3矩阵类型的产生

4主要组件的详细设计与实现

4.1容器组件的设计与实现

4.2格式和边界检查组件的设计与实现

4.2.1格式组件的实现

4.2.2边界检查组件的实现

4.3高层Matrix组件实现

4.4矩阵配置DSL的实现

4.5矩阵组件装配器的实现

4.5.1由DSL描述向ICCL描述转化

4.5.2由ICCL描述产生目标矩阵类型

4.6矩阵表达式的实现

4.6.1求解矩阵表达式

4.6.2使用对象进行成分导向的表达式计算建模

4.6.3表达式实现概况

4.6.4表达式模板的性能和约束

5实验小结

结论

参考文献

附录A 部分函数代码

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢