Параллельное и распределенное программирование на С++
Шрифт:
//. . .
multiplies<double>(3.2,4.5);
multiplies<int>(7, 2) ; multiplies<rational>(«7/2»,«3/4»); //.. .
Здесь параметр T за м еняется типо м double, int и rational соответственно, определяя тем самым точную реализацию операции умножения. Умножение д ля разных типов данных опре д еляется по-разно м у. Это означает, что д ля разных типов данных выполняется различный код. Шаблоннал функция позволяет написать одну операцию у м ножения (в виде функции multiplies ) и при м енить ее ко м ноги м различны м типа м данных.
Реализация шаблонов и модельБРМО (типы данных)
Пара м етризованные функции м ожно использовать
//Листинг 9.2. Использование шаблонных функций для // определения «фронта работ» МР1-задач
int main(int argc, char *argv[]) {
//.. .
int Tag = 2; int WorldSize; int TaskRank; MPI_Status Status; MPI_Init(&argc,&argv) ,-
MPI_Comm_rank (MPI_COMM_WORLD, &TaskRank) ; MPI_Comm_size (MPI_COMM_WORLD, &WorldSize) ; //.. .
switch(TaskRank) {
case 1: multiplies<double>(3.2,4.6); break;
case 2: multiplies<complex>(X,Y)
break; //case n:
//.. .
}
}
Поскольку не существует двух задач с одинаковым ранго м, все ветви в инструкции case листинга 9.2 будут выполнены различны м и MPI-задача м и. Кро м е того, такой тип параметризации м ожно распространить на контейнерные аргу м енты шаблонных функций. Это позволит передавать одной и той же шаблонной функции различные контейнеры объектов, содержащие различные типы объектов. Напри м ер, в листинге 9.3 показана обоб щ енная шаблоннал функция search .
// Листинг 9.3. Использование контейнерных шаблонов в // качестве аргументов шаблонных функций
template<T> bool search(T Key, graph<T>) {
//. .
–
locate(Key) //. . .
}
// . . .
MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &TaskRank); // . . .
switch(TaskRank) {
case 1: {
graph<string> bullion;
search<string> search(«gold», bullion);
}
break; case 2: {
graph<complex> Coordinates; search<complex>((X,Y),Coordinates);
}
break;
//. . .
В листин г е 9.3 процесс, у которого TaskRank = 1, выполняет поиск в графе (graph) сименем bullion, содержа щ е м string<^beKTbi, а процесс, у которого TaskRank = 2, выполняет поиск в графе Coordinates, содержа щ е м ко м плексные числа. Мы не должны из м енять функцию search , чтобы приспособиться к други м дан н ы м или типам данных, да и MPI-програм м а в это м случае и м еет более простую структуру, поскольку м ы м оже м м ногократно использовать шаблонную функцию поиска (search) для прос м отра контейнера graph, содержа щ его данные любого типа. Использование шаблонов значительно упро щ ает 5РМГ>програ мм ирование. Че м более об щ ей м ы делае м MPI-задачу, те м более гибкой она становится. Кро м е того, если некоторый шаблон прошел этап отладки и тестирования, надежность всех построенных на его основе МР1-задач м ожно считать довольно высокой, поскольку все они выполняют одинаковый код.
Использование полиморфизмадля реализации MPMD-модели
Полиморфиз м— одна из основных характеристик объектно-ориентированного програ мм ирования. Если язык претенлует на поддержку объектно-ориентированно г о програ мм ирования, он должен по д держивать инкапсуляцию, нас л едование и по л и м орфиз м. По л и м орфиз м — это способность объекта прини м ать м ножество форм. По л иморфизм по д держивает понятие «один интерфейс — множество реализаций • Пользователь использует одно имя, или интерфейс, реализованный различными способами и различными объекта м и. Чтобы проиллюстрировать концепцию поли м орфизма, рассмотри м класс vehicle, его пото м ков и
Рис. 9.2. Иерархия семейства класса vehicle
Самолеты, вертолеты, автомобили и подводные лодки — все это потомки класса vehicle (транспортные средства). Объект класса vehicle может заводить мотор, перемещаться вперед, поворачивать вправо, поворачивать влево, останавливаться и пр. В листинге 9.4 демонстрируется, как функция travel использует объект класca vehicle для совершения компьютеризованного путешестви я.
// Листинг 9.4.
//Функция travel, которая в качестве параметра использует объект класса vehicle
void travel(vehicle *Transport) {
Transport->startEngine; Transport->moveForward ; Transport->turnLeft;
//.. .
Transport-> stop;
}
int main(int argc, char *argv[J) {
//.. . car *Car;
Transportation = new Vechicle; travel(Car); //.. .
}
Функция travel принимает указатель на объект класса vehicle и вызывает методы объекта класса vehicle. Обратите внимание на то, что функция main в листинге 9.4 объявляет объект типа саг, а не vehicle, а также на то, что функции travel вместо объекта типа vehicle передается объект типа car. Это возможно благодаря тому, что в С++ указатель на класс может ссылаться на объект этого типа или на любой объект, который является потомком этого типа. Поскольку класс саг является производным от класса vehicle, то указатель на тип vehicle может ссылаться на объект типа саг. Функция travel написана без учета того, какими конкретно типами vehicle- объектов она будет манипулировать. Для функции travel вполне достаточно, чтобы ее vehicle– объекты могли запускать мотор, двигаться вперед, поворачивать влево, вправо и т.д. Если vehicle– объект способен выполнять эти действия, то функция travel сможет справиться со своей работой. Обратите внимание на то, что на рис. 9.2 методы класса vehicle объявлены как виртуальные (virtual). Объявление методов виртуальными в базовом классе является необходимым условием динамического полиморфизма. В каждом из классов car, helicopter, submarine и airplane будут определены следующие функции.
startEngine; moveForward; turnLeft; turnRight; stop; //.. .
При этом объявление каждой функции будет соответствовать типу транспортного средства. Несмотря на то что транспортное средство каждого типа способно двигаться вперед, метод, в котором обеспечивается движение автомобиля, отличается от метода перемещения подводной лодки. Управление поворотом вправо у самолета отличается от управления таким же поворотом у автомобиля. Следовательно, транспорт-ное средство каждого типа должно реализовать необходимые операции для получения законченного описания «своего» класса. Поскольку эти операции объявляются как виртуальные в базовом классе, они и являются кандидатами для реализации полиморфизма. Если vehicle– указатель, переданный функции travel , в действительности ссылается на объект типа car, то методами, вызываемыми в этой функции (startEngine , moveForward и пр.), реально окажутся те, которые определены в классе car. Если vehicle– указатель, переданный функции travel , вдействительности ссылается на объект класса airplane, то методами, вызываемыми в этой функции, реально окажутся те, которые определены в классе airplane. Это и есть тот случай, когда много форм реализуется при одном интерфейсе. Несмотря на то что функция travel вызывает только один набор методов, поведе н ие этих м етодов может радикаль н о отличаться в зависи м ости от то г о, указатель на объект како г о vehicle– класса был назначен vehicle– указателю. По л и м орфиз м фу н кции travel состоит в то м, что при каждо м вызове о н а м ожет выпо лн ять соверше нн о раз н ые действия. И в самом де л е, поско л ьку фу н кция travel испо л ьзует указате л ь на к л асс vehicle, в булу щ ем ее можно испо л ьзовать д л я типов, производных от к л асса vehicle, которые бы л и неизвестны и л и не су щ ествовали во время разработки функции travel. До тех пор пока буду щ ие vehicle– к л ассы будут нас л едовать к л асс vehicle и опреде л ять необходимые методы, ими можно будет управ л ять с помо щ ью фу н кции travel . Этот тип по л иморфизма называется динамическим (runtime polymorphism), поско л ьку фу н кция travel н е знает точно, какие и м енно функции startEngine , moveForward( ) и л и turnLeft она будет вызывать, до тех пор, пока про г ра мм а не начнет выпо л няться.