有什么方法可以在 Common Lisp 中将扁平结构数组分配为 C？

Question

是否有任何方法可以在 Common Lisp 中分配扁平结构数组 (AOS) 以提高效率？

我的意思是下面的 C 等价物。

typedef struct {
  int x;
  float y;
  double z;
} foo_t;

#define SIZE 1000000

void bar()
{
  foo_t *f = malloc( sizeof( foo_t ) * SIZE );
  do_something_with( f );
}

通常在 Common Lisp 中，引用结构对象的指针数组用于表示这样的数据结构。

(defstruct foo
  (x 0 :type fixnum)
  (y 0.0 :type single-float)
  (z 0d0 :type double-float))

(let* ((size 1000000)
       (f (make-array size :element-type 'foo
                           :initial-contents (loop repeat size
                                                collect (make-foo)))))
  (do-something-with f))

当结构只有一种类型时，可以使用简单数组以命令方式获得非常高效的性能，尽管简单数组只接受一种类型作为其元素类型。

; (defstruct vertex
;   (x 0d0 :type double-float)
;   (y 0d0 :type double-float)
;   (z 0d0 :type double-float))

(defun make-vertex-array (n)
  (make-array n :element-type 'double-float :initial-element 0d0))

(defmacro vertex-x (ary i)
  `(aref ,ary (+ (* ,i 3) 0)))

(defmacro vertex-y (ary i)
  `(aref ,ary (+ (* ,i 3) 1)))

(defmacro vertex-z (ary i)
  `(aref ,ary (+ (* ,i 3) 2)))

(let* ((size 1000000)
       (ary (make-vertex-array 100))
  (do-something-with ary))

我想听听关于如何对具有多种元素类型的结构进行此类操作。

Answer 1

如果我对你的理解是正确的，你想要一个结构作为元素类型，以高效和整洁地访问结构的参数？为什么不直接这样做 - 这是否 'efficient' 取决于实现，你将无法通过软件提供的优化选项对它产生更大的影响。

(defstruct foo 
  (x 0 :type fixnum)
  (y 0.0 :type single-float)
  (z 0d0 :type single-float))

(defun make-vertex-array (size)
  (make-array size :element-type 'foo :initial-contents (loop repeat size
                                                         collect (make-foo :x 0 :y 0.0 :z 0.0))))

(defparameter *test*
  (make-vertex-array 100))

(defmacro vertex-x (array i)
  `(foo-x (aref ,array ,i)))

(defmacro vertex-y (array i)
  `(foo-y (aref ,array ,i)))

(defmacro vertex-z (array i)
  `(foo-z (aref ,array ,i)))

(setf (vertex-x *test* 5) 4)

(setf (aref *test* 10) (make-foo :x 2 :y 0.0 :z 0.0))

(FORMAT T "~a~%" *test*)
>the array will be printed an you can see the changes  

(type-of *test*)
>(SIMPLE-VECTOR 100)

(type-of (make-array 100 :element-type 'integer))
>(SIMPLE-VECTOR 100)

根据CLHS

SIMPLE-VECTOR: The type of a vector that is not displaced to another array, has no fill pointer, is not expressly adjustable and is able to hold elements of any type is a subtype of type simple-vector.

Further

Any one-dimensional array is a vector.

现在谈谈您的效率问题。我没有做基准测试，所以我必须坚持使用手册。不过好像SBCL应该优化一下。

SBCL Manual on Efficiency

... the original CMUCL manual is still 95+% correct for the SBCL ...

CMUCL on vectors

Vectors (one dimensional arrays) are particularly useful, since in addition to their obvious array-like applications, they are also well suited to representing sequences. In comparison to a list representation, vectors are faster to access and take up between two and sixty-four times less space (depending on the element type.) As with arbitrary arrays, the compiler needs to know that vectors are not complex, so you should use simple-string in preference to string, etc.

因此后台正在进行一些优化。但是，这是否涉及不使用引用并直接在数组中分配结构取决于 SBCL，您将无法影响它。

Answer 2

标准 Common Lisp 不提供这样的功能。我不知道实现高效结构数组的实现，其中结构在数组中分配。实现可能为某些结构实现有效的内存分配，但通常不会为结构向量实现。

这会给垃圾收集器带来挑战。当没有对它的实时引用时，通常一个对象是垃圾。如果我们允许在数组内部分配结构，那么如果没有对它的引用并且没有对它的引用（对数组内部的任何结构），该数组将是垃圾。

可能有提供类似功能的库 (http://cliki.net/data%20formats)。

通常有 FFI（外部函数接口）功能可以处理记录数组，或者可以使用 FFI 构建它们。

有什么方法可以在 Common Lisp 中将扁平结构数组分配为 C？

Any ways to allocate flattened array of structure as C in Common Lisp?

arrays

common-lisp