C++11:模板实现opencl向量类型的简单运算符重载及length,distance函数
C++11:模板实现opencl向量类型的简单运算符重载及length,distance函数
10km
发布于 2019-05-25 22:37:25
发布于 2019-05-25 22:37:25
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主机端opencl向量的运算能不能像在内核代码中一样简单？
opencl内核支持的所有向量数据类型(intn,floatn,doublen….)在主机端都有对应的类型，区别是加了前缀cl_,比如int4对应的主机端类型是cl_int4。
我们知道，在opencl内核代码中，向量类型(vector data type)的数据可以像普通标量类型(scala data type)一样，用各种算术和逻辑运算符进行操作。
比如:
int4 p1=int4(4,2,0,9);
int4 p2=int4(3,9,-1,8);
int4 p3=p1+p2;
float length=length(as_float(p1));//计算向量长度非常方便，有时候，我们也需要在主机端代码中对这种向量类型的数据进行一些处理，但c/c++以及opencl的API本身并没有提供对这些向量类型的一般运算支持。当有项目中有多个地方需要在主机端进行向量数据的运算时，就会比较痛苦。比如上面的两个向量相加，在主机端就要写成这样：
cl_int4 p1={4,2,0,9};
cl_int4 p2={3,9,-1,8};
cl_int4 p3={p1.x+p2.x,p1.y+p2.y,p1.z+p2.z,p1.w+p2.w};
cl_float length=std::sqrt(
std::pow(float(p1.x),2)
+std::pow(float(p1.y),2)
+std::pow(float(p1.z),2)
+std::pow(float(p1.w),2));//计算向量长度这还只是4个元素的向量，如果是16个元素的向量，这代码更长,很容易出错。
如果能像模板内核代码一样，为向量运算符提供简单的向量运算功能，就可以大大简化这些代码。
利用C++的模板计算函数，可以实现上面的功能。下面是实现代码：
#include <type_traits>
// 设置当opencl出错时抛出异常
#ifndef __CL_ENABLE_EXCEPTIONS
#define __CL_ENABLE_EXCEPTIONS
#endif
// gcc 下如果定义了__STRICT_ANSI__，就没办法使用别名访问vector向量类型(cl_int2,cl_float8...)
#if defined( __GNUC__) && defined( __STRICT_ANSI__ )
#define __STRICT_ANSI__DEFINED__
// 删除__STRICT_ANSI__定义
#undef __STRICT_ANSI__
#endif
#include <CL/cl.hpp>
#ifdef __STRICT_ANSI__DEFINED__
#undef __STRICT_ANSI__DEFINED__
// 恢复__STRICT_ANSI__定义
#define __STRICT_ANSI__
#endif
namespace cl{
/* 根据向量元素类型和向量长度返回opencl向量类型，
* 如 cl_vector_type<2,cl_int>::type 为 cl_int2
*/
template<int SIZE,typename T>
struct cl_vector_type{
template<int _SIZE,typename _T>static typename std::enable_if< 2== _SIZE&&std::is_same<_T,cl_char>::value, cl_char2>::type vector_type(_T);
template<int _SIZE,typename _T>static typename std::enable_if< 4== _SIZE&&std::is_same<_T,cl_char>::value, cl_char4>::type vector_type(_T);
template<int _SIZE,typename _T>static typename std::enable_if< 8== _SIZE&&std::is_same<_T,cl_char>::value, cl_char8>::type vector_type(_T);
template<int _SIZE,typename _T>static typename std::enable_if<16== _SIZE&&std::is_same<_T,cl_char>::value,cl_char16>::type vector_type(_T);
template<int _SIZE,typename _T>static typename std::enable_if< 2== _SIZE&&std::is_same<_T,cl_uchar>::value, cl_uchar2>::type vector_type(_T);
template<int _SIZE,typename _T>static typename std::enable_if< 4== _SIZE&&std::is_same<_T,cl_uchar>::value, cl_uchar4>::type vector_type(_T);
template<int _SIZE,typename _T>static typename std::enable_if< 8== _SIZE&&std::is_same<_T,cl_uchar>::value, cl_uchar8>::type vector_type(_T);
template<int _SIZE,typename _T>static typename std::enable_if<16== _SIZE&&std::is_same<_T,cl_uchar>::value,cl_uchar16>::type vector_type(_T);
template<int _SIZE,typename _T>static typename std::enable_if< 2== _SIZE&&std::is_same<_T,cl_short>::value, cl_short2>::type vector_type(_T);
template<int _SIZE,typename _T>static typename std::enable_if< 4== _SIZE&&std::is_same<_T,cl_short>::value, cl_short4>::type vector_type(_T);
template<int _SIZE,typename _T>static typename std::enable_if< 8== _SIZE&&std::is_same<_T,cl_short>::value, cl_short8>::type vector_type(_T);
template<int _SIZE,typename _T>static typename std::enable_if<16== _SIZE&&std::is_same<_T,cl_short>::value,cl_short16>::type vector_type(_T);
template<int _SIZE,typename _T>static typename std::enable_if< 2== _SIZE&&std::is_same<_T,cl_ushort>::value, cl_ushort2>::type vector_type(_T);
template<int _SIZE,typename _T>static typename std::enable_if< 4== _SIZE&&std::is_same<_T,cl_ushort>::value, cl_ushort4>::type vector_type(_T);
template<int _SIZE,typename _T>static typename std::enable_if< 8== _SIZE&&std::is_same<_T,cl_ushort>::value, cl_ushort8>::type vector_type(_T);
template<int _SIZE,typename _T>static typename std::enable_if<16== _SIZE&&std::is_same<_T,cl_ushort>::value,cl_ushort16>::type vector_type(_T);
template<int _SIZE,typename _T>static typename std::enable_if< 2== _SIZE&&std::is_same<_T,cl_int>::value, cl_int2>::type vector_type(_T);
template<int _SIZE,typename _T>static typename std::enable_if< 4== _SIZE&&std::is_same<_T,cl_int>::value, cl_int4>::type vector_type(_T);
template<int _SIZE,typename _T>static typename std::enable_if< 8== _SIZE&&std::is_same<_T,cl_int>::value, cl_int8>::type vector_type(_T);
template<int _SIZE,typename _T>static typename std::enable_if<16== _SIZE&&std::is_same<_T,cl_int>::value,cl_int16>::type vector_type(_T);
template<int _SIZE,typename _T>static typename std::enable_if< 2== _SIZE&&std::is_same<_T,cl_uint>::value, cl_uint2>::type vector_type(_T);
template<int _SIZE,typename _T>static typename std::enable_if< 4== _SIZE&&std::is_same<_T,cl_uint>::value, cl_uint4>::type vector_type(_T);
template<int _SIZE,typename _T>static typename std::enable_if< 8== _SIZE&&std::is_same<_T,cl_uint>::value, cl_uint8>::type vector_type(_T);
template<int _SIZE,typename _T>static typename std::enable_if<16== _SIZE&&std::is_same<_T,cl_uint>::value,cl_uint16>::type vector_type(_T);
template<int _SIZE,typename _T>static typename std::enable_if< 2== _SIZE&&std::is_same<_T,cl_long>::value, cl_long2>::type vector_type(_T);
template<int _SIZE,typename _T>static typename std::enable_if< 4== _SIZE&&std::is_same<_T,cl_long>::value, cl_long4>::type vector_type(_T);
template<int _SIZE,typename _T>static typename std::enable_if< 8== _SIZE&&std::is_same<_T,cl_long>::value, cl_long8>::type vector_type(_T);
template<int _SIZE,typename _T>static typename std::enable_if<16== _SIZE&&std::is_same<_T,cl_long>::value,cl_long16>::type vector_type(_T);
template<int _SIZE,typename _T>static typename std::enable_if< 2== _SIZE&&std::is_same<_T,cl_ulong>::value, cl_ulong2>::type vector_type(_T);
template<int _SIZE,typename _T>static typename std::enable_if< 4== _SIZE&&std::is_same<_T,cl_ulong>::value, cl_ulong4>::type vector_type(_T);
template<int _SIZE,typename _T>static typename std::enable_if< 8== _SIZE&&std::is_same<_T,cl_ulong>::value, cl_ulong8>::type vector_type(_T);
template<int _SIZE,typename _T>static typename std::enable_if<16== _SIZE&&std::is_same<_T,cl_ulong>::value,cl_ulong16>::type vector_type(_T);
template<int _SIZE,typename _T>static typename std::enable_if< 2== _SIZE&&std::is_same<_T,cl_float>::value, cl_float2>::type vector_type(_T);
template<int _SIZE,typename _T>static typename std::enable_if< 4== _SIZE&&std::is_same<_T,cl_float>::value, cl_float4>::type vector_type(_T);
template<int _SIZE,typename _T>static typename std::enable_if< 8== _SIZE&&std::is_same<_T,cl_float>::value, cl_float8>::type vector_type(_T);
template<int _SIZE,typename _T>static typename std::enable_if<16== _SIZE&&std::is_same<_T,cl_float>::value,cl_float16>::type vector_type(_T);
template<int _SIZE,typename _T>static typename std::enable_if< 2== _SIZE&&std::is_same<_T,cl_double>::value, cl_double2>::type vector_type(_T);
template<int _SIZE,typename _T>static typename std::enable_if< 4== _SIZE&&std::is_same<_T,cl_double>::value, cl_double4>::type vector_type(_T);
template<int _SIZE,typename _T>static typename std::enable_if< 8== _SIZE&&std::is_same<_T,cl_double>::value, cl_double8>::type vector_type(_T);
template<int _SIZE,typename _T>static typename std::enable_if<16== _SIZE&&std::is_same<_T,cl_double>::value,cl_double16>::type vector_type(_T);
template<int _SIZE,typename _T>static typename std::enable_if<2!= _SIZE && 4 != _SIZE && 8 != _SIZE &&16 != _SIZE>::type vector_type(...);
using type=decltype(vector_type<SIZE>(std::declval<T>()));
};
/*
* 根据opencl 向量类型返回向量的元素类型和向量长度，
* 如is_cl_vector<cl_int2>::type 为 cl_int
* is_cl_vector<cl_int2>::value 为true 是opencl向量类型
* is_cl_vector<cl_int2>::size 为向量长度
*/
template<typename T>
struct is_cl_vector{
template<typename _T, typename ENABLE=void>
struct vector_size{
enum{size=-1};
};
template<typename _T>
struct vector_size<_T, typename std::enable_if<
std::is_same<_T, cl_char2>::value
|| std::is_same<_T, cl_uchar2>::value
|| std::is_same<_T, cl_short2>::value
|| std::is_same<_T, cl_ushort2>::value
|| std::is_same<_T, cl_int2>::value
|| std::is_same<_T, cl_uint2>::value
|| std::is_same<_T, cl_long2>::value
|| std::is_same<_T, cl_ulong2>::value
|| std::is_same<_T, cl_float2>::value
|| std::is_same<_T, cl_double2>::value
>::type>{
enum{size=2};
};
template<typename _T>
struct vector_size<_T, typename std::enable_if<
std::is_same<_T, cl_char4>::value
|| std::is_same<_T, cl_uchar4>::value
|| std::is_same<_T, cl_short4>::value
|| std::is_same<_T, cl_ushort4>::value
|| std::is_same<_T, cl_int4>::value
|| std::is_same<_T, cl_uint4>::value
|| std::is_same<_T, cl_long4>::value
|| std::is_same<_T, cl_ulong4>::value
|| std::is_same<_T, cl_float4>::value
|| std::is_same<_T, cl_double4>::value
>::type>{
enum{size=4};
};
template<typename _T>
struct vector_size<_T, typename std::enable_if<
std::is_same<_T, cl_char8>::value
|| std::is_same<_T, cl_uchar8>::value
|| std::is_same<_T, cl_short8>::value
|| std::is_same<_T, cl_ushort8>::value
|| std::is_same<_T, cl_int8>::value
|| std::is_same<_T, cl_uint8>::value
|| std::is_same<_T, cl_long8>::value
|| std::is_same<_T, cl_ulong8>::value
|| std::is_same<_T, cl_float8>::value
|| std::is_same<_T, cl_double8>::value
>::type>{
enum{size=8};
};
template<typename _T>
struct vector_size<_T, typename std::enable_if<
std::is_same<_T, cl_char16>::value
|| std::is_same<_T, cl_uchar16>::value
|| std::is_same<_T, cl_short16>::value
|| std::is_same<_T, cl_ushort16>::value
|| std::is_same<_T, cl_int16>::value
|| std::is_same<_T, cl_uint16>::value
|| std::is_same<_T, cl_long16>::value
|| std::is_same<_T, cl_ulong16>::value
|| std::is_same<_T, cl_float16>::value
|| std::is_same<_T, cl_double16>::value
>::type>{
enum{size=16};
};
static cl_char check(cl_char2);
static cl_char check(cl_char4);
static cl_char check(cl_char8);
static cl_char check(cl_char16);
static cl_uchar check(cl_uchar2);
static cl_uchar check(cl_uchar4);
static cl_uchar check(cl_uchar8);
static cl_uchar check(cl_uchar16);
static cl_short check(cl_short2);
static cl_short check(cl_short4);
static cl_short check(cl_short8);
static cl_short check(cl_short16);
static cl_ushort check(cl_ushort2);
static cl_ushort check(cl_ushort4);
static cl_ushort check(cl_ushort8);
static cl_ushort check(cl_ushort16);
static cl_int check(cl_int2);
static cl_int check(cl_int4);
static cl_int check(cl_int8);
static cl_int check(cl_int16);
static cl_uint check(cl_uint2);
static cl_uint check(cl_uint4);
static cl_uint check(cl_uint8);
static cl_uint check(cl_uint16);
static cl_long check(cl_long2);
static cl_long check(cl_long4);
static cl_long check(cl_long8);
static cl_long check(cl_long16);
static cl_ulong check(cl_ulong2);
static cl_ulong check(cl_ulong4);
static cl_ulong check(cl_ulong8);
static cl_ulong check(cl_ulong16);
static cl_float check(cl_float2);
static cl_float check(cl_float4);
static cl_float check(cl_float8);
static cl_float check(cl_float16);
static cl_double check(cl_double2);
static cl_double check(cl_double4);
static cl_double check(cl_double8);
static cl_double check(cl_double16);
static void check(...);
using type=decltype(check(std::declval<T>()));
enum{value=!std::is_void<type>::value,size=vector_size<T>::size};
};
template<typename T,typename C=float
,typename RET=typename std::enable_if<std::is_arithmetic<T>::value,typename std::conditional<std::is_floating_point<T>::value,T,C>::type>::type>
inline
RET
length(const T &x,const T &y){
return RET(std::sqrt(std::pow(RET(x),2)+std::pow(RET(y),2)));
}
/*
* 递归计算向量所有元素的平方和（递归结束）
* */
template<typename T,typename C=float,typename VI=is_cl_vector<T>
,typename RET=typename std::conditional<std::is_floating_point<typename VI::type>::value,T,C>::type>
inline
typename std::enable_if<2==VI::size&&VI::value,RET>::type
square_sum(const T &pos){
return RET(std::pow(RET(pos.s[0]),2)+std::pow(RET(pos.s[1]),2));
}
/*
* 递归计算向量所有元素的平方和
* */
template<typename T,typename C=float,typename VI=is_cl_vector<T>
,typename RET=typename std::conditional<std::is_floating_point<typename VI::type>::value,T,C>::type>
inline
typename std::enable_if<2<VI::size&&VI::value,RET>::type
square_sum(const T &pos){
return square_sum(pos.hi)+square_sum(pos.lo);
}
template<typename T,typename C=float,typename VI=is_cl_vector<T>
,typename RET=typename std::enable_if<VI::value,typename std::conditional<std::is_floating_point<typename VI::type>::value,T,C>::type>::type>
inline
RET
length(const T &pos){
return RET(std::sqrt(square_sum(pos)));
}
template<typename T,typename C=float,typename VI = cl::is_cl_vector<T>
,typename RET=typename std::enable_if<VI::value,typename std::conditional<std::is_floating_point<typename VI::type>::value,T,C>::type>::type>
inline
RET
distance(const T &p0,const T &p1){
return length(p0-p1);
}
}/* namespace cl */
////////////////begin global namespace//////////////
/*
* (递归结束)向量减法操作符
*/
template<typename T, typename VI = cl::is_cl_vector<T>
, typename ENABLE = typename std::enable_if<VI::value>::type
, typename RET= typename cl::cl_vector_type<VI::size, decltype(declval<T>().s[0] - declval<T>().s[0])>::type>
inline
typename std::enable_if<2 == VI::size, RET>::type
operator-(const T &p1, const T &p2) {
return{ p1.s[0] - p2.s[0],p1.s[1] - p2.s[1] };
}
/*
* (递归)向量减法操作符
*/
template<typename T, typename VI = cl::is_cl_vector<T>
, typename ENABLE = typename std::enable_if<VI::value>::type
, typename RET = typename cl::cl_vector_type<VI::size, decltype(declval<T>().s[0] - declval<T>().s[0])>::type>
inline
typename std::enable_if<2<VI::size, RET>::type
operator-(const T &p1, const T &p2) {
RET r;
r.hi = p1.hi - p2.hi;
r.lo = p1.lo - p2.lo;
return r;
}
/*
* (递归结束)向量减法操作符,第二个操作数非向量
*/
template<typename T, typename VI = cl::is_cl_vector<T>
, typename ENABLE = typename std::enable_if<VI::value>::type
, typename RET= typename cl::cl_vector_type<VI::size, decltype(declval<T>().s[0] - declval<T>().s[0])>::type>
inline
typename std::enable_if<2 == VI::size, RET>::type
operator-(const T &p1, const typename VI::type &p2) {
return{ p1.s[0] - p2,p1.s[1] - p2};
}
/*
* (递归)向量减法操作符,第二个操作数非向量
*/
template<typename T, typename VI = cl::is_cl_vector<T>
, typename ENABLE = typename std::enable_if<VI::value>::type
, typename RET = typename cl::cl_vector_type<VI::size, decltype(declval<T>().s[0] - declval<T>().s[0])>::type>
inline
typename std::enable_if<2<VI::size, RET>::type
operator-(const T &p1, const typename VI::type &p2) {
RET r;
r.hi = p1.hi - p2;
r.lo = p1.lo - p2;
return r;
}
/*
* (递归结束)向量减法操作符,第一个操作数非向量
*/
template<typename N, typename T, typename VI = cl::is_cl_vector<T>
, typename ENABLE = typename std::enable_if<VI::value&&std::is_same<N, typename VI::type>::value>::type
, typename RET = typename cl::cl_vector_type<VI::size, decltype(declval<T>().s[0] - declval<T>().s[0])>::type>
inline
typename std::enable_if<2==VI::size, RET>::type
operator-(const N &p1, const T&p2) {
return{ p1 - p2.s[0],p1 - p2.s[1] };
}
/*
* (递归)向量减法操作符,第一个操作数非向量
*/
template<typename N,typename T, typename VI = cl::is_cl_vector<T>
, typename ENABLE = typename std::enable_if<VI::value&&std::is_same<N, typename VI::type>::value>::type
, typename RET = typename cl::cl_vector_type<VI::size, decltype(declval<T>().s[0] - declval<T>().s[0])>::type>
inline
typename std::enable_if<2<VI::size, RET>::type
operator-(const N &p1, const T&p2) {
RET r;
r.hi = p1 - p2.hi;
r.lo = p1 - p2.hi;
return r;
}
/*
* (递归结束)向量加法操作符
*/
template<typename T, typename VI = cl::is_cl_vector<T>
, typename ENABLE = typename std::enable_if<VI::value>::type
, typename RET= typename cl::cl_vector_type<VI::size, decltype(declval<T>().s[0] + declval<T>().s[0])>::type>
inline
typename std::enable_if<2 == VI::size, RET>::type
operator+(const T &p1, const T &p2) {
return{ p1.s[0] + p2.s[0],p1.s[1] + p2.s[1] };
}
/*
* (递归)向量加法操作符
*/
template<typename T, typename VI = cl::is_cl_vector<T>
, typename ENABLE = typename std::enable_if<VI::value>::type
, typename RET = typename cl::cl_vector_type<VI::size, decltype(declval<T>().s[0] + declval<T>().s[0])>::type>
inline
typename std::enable_if<2<VI::size, RET>::type
operator+(const T &p1, const T &p2) {
RET r;
r.hi = p1.hi + p2.hi;
r.lo = p1.lo + p2.lo;
return r;
}
/*
* (递归结束)向量加法操作符,第二个操作数非向量
*/
template<typename T, typename VI = cl::is_cl_vector<T>
, typename ENABLE = typename std::enable_if<VI::value>::type
,typename RET=typename cl::cl_vector_type<VI::size, decltype(declval<T>().s[0] + declval<T>().s[0])>::type>
inline
typename std::enable_if<2 == VI::size, RET>::type
operator+(const T &p1, const typename VI::type &p2) {
return{ p1.s[0] + p2,p1.s[1] + p2 };
}
/*
* (递归)向量加法操作符,第二个操作数非向量
*/
template<typename T, typename VI = cl::is_cl_vector<T>
, typename ENABLE = typename std::enable_if<VI::value>::type
, typename RET = typename cl::cl_vector_type<VI::size, decltype(declval<T>().s[0] + declval<T>().s[0])>::type>
inline
typename std::enable_if<2<VI::size, RET>::type
operator+(const T &p1, const typename VI::type &p2) {
RET r;
r.hi = p1.hi + p2;
r.lo = p1.lo + p2;
return r;
}
/*
* 向量加法操作符,第一个操作数非向量
*/
template<typename N,typename T, typename VI = cl::is_cl_vector<T>
, typename ENABLE = typename std::enable_if<VI::value&&std::is_same<N, typename VI::type>::value>::type
, typename RET = typename cl::cl_vector_type<VI::size, decltype(declval<T>().s[0] + declval<T>().s[0])>::type>
inline
RET
operator+(const N &p1, const T&p2) {
return p2+p1;
}
////////////////end global namespace//////////////上面的代码中实现了opencl向量类型的+,-运算，支持两个向量类型数据的加/减运算，以及一个向量和一个标量类型的加/减运算，以及legnth,distance函数。（实现其他的运算符和函数也是差不多的代码，因为我暂时不需要就没有继续写下去）。
代码开始有两个很长的模板函数cl_vector_type和is_cl_vector，所有的其他函数模板都要用到这两个模板函数：
cl_vector_type用于构造一个指定元素类型和长度的opencl向量类型。
is_cl_vector则用于判断一个类型是否是opencl的向量类型，如果是value为true，size中保存向量长度，type则是向量元素的类型。
有了这些模板函数的支持，主机端opencl向量的运算就变得像在内核代码中一样简单，还以前面的例子用模板函数重写，就是这样：
cl_int4 p1={4,2,0,9};
cl_int4 p2={3,9,-1,8};
cl_int4 p3=p1+p2;
cl_float length=cl::length(p1);//计算向量长度
cl_float dist=cl::distance(p1,p2);//计算向量距离本文参与 腾讯云自媒体分享计划，分享自作者个人站点/博客。
原始发表：2016年04月11日，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除
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