C/C++ 中 mdspan 介绍与使用示例

目录

• C/C++ 中的 mdspan 介绍与使用
• 什么是 mdspan
• 基本用法
• 包含头文件
• 创建一个 mdspan
• 高级特性
• 自定义布局
• 动态与静态维度
• 实际应用示例
• 矩阵乘法
• 优点
• 注意事项

C/C++ 中的 mdspan 介绍与使用

mdspan 是多维数组视图的一个现代 C++ 抽象，它是 C++23 标准引入的一个重要特性，旨在提供灵活、高效的多维数组操作方式。

什么是 mdspan

mdspan (Multi-Dimensional Span) 是一个非拥有的多维数组视图，它：

• 不管理内存，只提android供对现有数据的多维视图
• 支持任意维度的数组
• 提供灵活的内存布局描述
• 是 C++ 标准库的一部分 (C++23)

基本用法

包含头文件

#include <mdspan>

创建一个 mdspan

#include <mdspan>
#include <vector>
#include <IOStream>
int main() {
    std::vewww.devze.comctor<int> data = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
    // 创建一个 2x3 的 mdspan 视图
    std::mdspan mat{data.data(), 2, 3};
    // 访问元素
    std::cout << mat(1, 2) << '\n';  // 输出 6
}

高级特性

自定义布局

#include <mdspan>
int main() {
    int data[6] = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
    // 使用行优先布局 (C风格)
    std::mdspan mat_c{daandroidta, std::extents{2, 3}, std::layout_right{}};
    // 使用列优先布局 (Fortran风格)
    std::mdspan mat_f{data, std::extents{2, 3}, std::layout_left{}};
    // 自定义跨步布局
    std::mdspan mat_stride{data, std::extents{2, 3}, std::layout_stride{std::array{1, 2}}};
}

动态与静态维度

#include <mdspan>
int main() {
    int data[24];
    // 完全静态维度
    std::mdspan<int, std::extents<2, 3, 4>> static_span{http://www.devze.comdata};
    // 混合静态和动态维度
    std::mdspan<int, std::extents<std::dynamic_extent, 3, std::dynamic_extent>> mixed_span{data, 2, 4};
    // 完全动态维度
    std::mdspan<int, std::extents<std::dynamic_extent, std::dynamic_extent>> dynamic_span{data, 2, 3};
}

实际应用示例

矩阵乘法

#include <mdspan>
#include <vector>
#include <iostream>
template <typename T, typename ExtsA, typename LayA, typename AccA,
          typename ExtsB, typename LayB, typename AccB,
          typename ExtsC, typename LayC, typename AccC>
void matrix_multiply(
    std::mdspan<T, ExtsA, LayA, AccA> a,
    std::mdspan<T, ExtsB, LayB, AccB> b,
    std::mdspan<T, ExtsC, LayC, AccC> c) {
    for (size_t i = 0; i < c.extent(0); ++i) {
        for (size_t j = 0; j < c.extent(1); ++j) {
            c(i, j) = 0;
            for (size_t k = 0; k < a.extent(1); ++k) {
                c(i, j) += a(i, k) * b(k, j);
            }
        }
    }
}
int main() {
    std::vector<int> a_data(2*3, 1); // 2x3 矩阵，全1
    std::vector<int> b_data(3*4, 2); // 3x4 矩阵，全2
    std::vector<int> c_data(2*4);    // 2x4 结果矩阵
    auto a = std::mdspan(a_data.data(), 2, 3);
    auto b = std::mdspan(b_data.data(), 3, 4);
    auto c = std::mdspan(c_data.data(), 2, 4);
    matrix_multiply(a, b, c);
    // 输出结果
    for (size_t i = 0; i < c.extent(0); ++i) {
        for (size_t j = 0; j < c.extent(1); ++j) {
            std::cout << c(i, j) << ' ';
        }
        std::cout << '\n';
    }
}

优点

1. 零成本抽象：与原始指针操作性能相当
2. 类型安全：比原始指针更安全
3. 灵编程客栈活性：支持多种内存布局
4. 可组合性：可以与标准库其他组件良好配合

注意事项

1. mdspan 不管理内存，只是视图
2. 需要确保底层数据在 mdspan 使用期间有效
3. C++23 特性，需要较新的编译器支持

mdspan 为 C++ 中的多维数组操作提供了现代化、高效的解决方案，特别适用于科学计算、图像处理等领域。

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