C++集體數據交換如何實現

本文小編為大家詳細介紹“C++集體數據交換如何實現”，內容詳細，步驟清晰，細節處理妥當，希望這篇“C++集體數據交換如何實現”文章能幫助大家解決疑惑，下面跟著小編的思路慢慢深入，一起來學習新知識吧。

一、說明

到目前為止介紹的功能共享一對一的關系：即一個進程發送和一個進程接收。鏈接是通過標簽建立的。對于一個進程，函數可能會發送數據，對于另一個進程，它可能會接收數據。這些功能稱為集體操作。

二、示例和代碼

示例 47.9。使用 gather() 從多個進程接收數據

#include <boost/mpi.hpp>
#include <boost/serialization/string.hpp>
#include <vector>
#include <string>
#include <iterator>
#include <algorithm>
#include <iostream>
int main(int argc, char *argv[])
{
  boost::mpi::environment env{argc, argv};
  boost::mpi::communicator world;
  if (world.rank() == 0)
  {
    std::vector<std::string> v;
    boost::mpi::gather<std::string>(world, "", v, 0);
    std::ostream_iterator<std::string> out{std::cout, "\n"};
    std::copy(v.begin(), v.end(), out);
  }
  else if (world.rank() == 1)
  {
    boost::mpi::gather(world, std::string{"Hello, world!"}, 0);
  }
  else if (world.rank() == 2)
  {
    boost::mpi::gather(world, std::string{"Hello, moon!"}, 0);
  }
}

Example47.9

示例 47.9 在多個進程中調用函數 boost::mpi::gather()。函數是發送還是接收取決于參數。

等級為 1 和 2 的進程使用 boost::mpi::gather() 發送數據。它們將發送的數據作為參數傳遞——字符串“Hello, world!”和“你好，月亮！” – 以及數據應傳輸到的進程的級別。由于 boost::mpi::gather() 不是成員函數，因此還必須傳遞 communicator world。

等級為 0 的進程調用 boost::mpi::gather() 來接收數據。由于數據必須存儲在某個地方，因此傳遞了一個 std::vector<std::string> 類型的對象。請注意，您必須將此類型與 boost::mpi::gather() 一起使用。不支持其他容器或字符串類型。

排名 0 的進程必須傳遞與排名 1 和 2 的進程相同的參數。這就是排名 0 的進程也傳遞 world、要發送的字符串和 0 到 boost::mpi::gather() 的原因。

如果您使用三個進程啟動示例 47.9，您好，世界！和你好，月亮！被顯示。如果仔細查看輸出，您會注意到首先寫入了一個空行。第一行是等級為 0 的進程傳遞給 boost::mpi::gather() 的空字符串。 v 中有三個字符串，它們是從等級為 0、1 和 2 的進程接收的。向量中元素的索引對應于進程的等級。如果多次運行該示例，您將始終得到一個空字符串作為向量中的第一個元素，“Hello, world!”作為第二個元素和“你好，月亮！”作為第三個。

請注意，您不得使用超過三個進程運行示例 47.9。例如，如果您使用 -n 4 啟動 mpiexec，則不會顯示任何數據。該程序將掛起，必須使用 CTRL+C 中止。

必須對所有進程執行集體操作。如果您的程序調用諸如 boost::mpi::gather() 之類的函數，您必須確保該函數在所有進程中都被調用。否則就違反了 MPI 標準。因為像 boost::mpi::gather() 這樣的函數必須被所有進程調用，所以每個進程的調用通常沒有不同，如示例 47.9 所示。將前面的示例與執行相同操作的示例 47.10 進行比較。

示例 47.10。使用 gather() 從所有進程收集數據

#include <boost/mpi.hpp>
#include <boost/serialization/string.hpp>
#include <vector>
#include <string>
#include <iterator>
#include <algorithm>
#include <iostream>
int main(int argc, char *argv[])
{
  boost::mpi::environment env{argc, argv};
  boost::mpi::communicator world;
  std::string s;
  if (world.rank() == 1)
    s = "Hello, world!";
  else if (world.rank() == 2)
    s = "Hello, moon!";
  std::vector<std::string> v;
  boost::mpi::gather(world, s, v, 0);
  std::ostream_iterator<std::string> out{std::cout, "\n"};
  std::copy(v.begin(), v.end(), out);
}

您為所有流程中的集體操作調用函數。通常函數的定義方式很清楚必須執行哪個操作，即使所有進程都傳遞相同的參數。

示例 47.10 使用 boost::mpi::gather() 來收集數據。數據在其等級作為最后一個參數傳遞給 boost::mpi::gather() 的過程中收集。此進程收集它從所有進程接收的數據。存儲數據的向量僅供收集數據的進程使用。

boost::mpi::gather() 從所有進程收集數據。這包括收集數據的過程。在示例 47.10 中，這是等級為 0 的進程。該進程在 s 中向自身發送一個空字符串。空字符串存儲在 v 中。正如您將在以下示例中看到的，集合操作始終包括所有進程。

您可以使用任意數量的進程運行示例 47.10，因為每個進程都會調用 boost::mpi::gather()。如果您使用三個進程運行該示例，結果將與前面的示例類似。

示例 47.11。在所有進程中使用 scatter() 分散數據

#include <boost/mpi.hpp>
#include <boost/serialization/string.hpp>
#include <vector>
#include <string>
#include <iostream>
int main(int argc, char *argv[])
{
  boost::mpi::environment env{argc, argv};
  boost::mpi::communicator world;
  std::vector<std::string> v{"Hello, world!", "Hello, moon!",
    "Hello, sun!"};
  std::string s;
  boost::mpi::scatter(world, v, s, 0);
  std::cout << world.rank() << ": " << s << '\n';
}

Example47.11

示例 47.11 介紹了函數 boost::mpi::scatter()。它與 boost::mpi::gather() 相反。 boost::mpi::gather() 將來自多個進程的數據收集到一個進程中，而 boost::mpi::scatter() 將來自一個進程的數據分散到多個進程中。

示例 47.11 將來自排名為 0 的進程的 v 中的數據分散到所有進程，包括它自己。等級為 0 的進程接收到字符串“Hello, world!”在 s 中，排名為 1 的進程收到“你好，月亮！”在 s 中，等級為 2 的進程收到“Hello, sun!”秒。

示例 47.12。使用 broadcast() 向所有進程發送數據

#include <boost/mpi.hpp>
#include <boost/serialization/string.hpp>
#include <string>
#include <iostream>
int main(int argc, char *argv[])
{
  boost::mpi::environment env{argc, argv};
  boost::mpi::communicator world;
  std::string s;
  if (world.rank() == 0)
    s = "Hello, world!";
  boost::mpi::broadcast(world, s, 0);
  std::cout << s << '\n';
}

boost::mpi::broadcast() 將數據從一個進程發送到所有進程。此函數與 boost::mpi::scatter() 之間的區別在于將相同的數據發送到所有進程。在示例 47.12 中，所有進程都收到字符串“Hello, world!”在 s 中寫下你好，世界！到標準輸出流。

示例 47.13。使用 reduce() 收集和分析數據

#include <boost/mpi.hpp>
#include <boost/serialization/string.hpp>
#include <string>
#include <iostream>
std::string min(const std::string &lhs, const std::string &rhs)
{
  return lhs.size() < rhs.size() ? lhs : rhs;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
  boost::mpi::environment env{argc, argv};
  boost::mpi::communicator world;
  std::string s;
  if (world.rank() == 0)
    s = "Hello, world!";
  else if (world.rank() == 1)
    s = "Hello, moon!";
  else if (world.rank() == 2)
    s = "Hello, sun!";
  std::string result;
  boost::mpi::reduce(world, s, result, min, 0);
  if (world.rank() == 0)
    std::cout << result << '\n';
}

boost::mpi::reduce() 從多個進程收集數據，如 boost::mpi::gather()。但是，數據不存儲在向量中。 boost::mpi::reduce() 需要一個函數或函數對象，它將用于分析數據。

如果您使用三個進程運行示例 47.13，則排名為 0 的進程會收到字符串“Hello, sun!”結果。對 boost::mpi::reduce() 的調用收集并分析所有進程傳遞給它的字符串。它們使用函數 min() 進行分析，該函數作為第四個參數傳遞給 boost::mpi::reduce()。 min() 比較兩個字符串并返回較短的一個。

如果您使用三個以上的進程運行示例 47.13，則會顯示一個空字符串，因為排名大于 2 的所有進程都會將一個空字符串傳遞給 boost::mpi::reduce()。將顯示空字符串，因為它比“Hello, sun!”短

示例 47.14。使用 all_reduce() 收集和分析數據

#include <boost/mpi.hpp>
#include <boost/serialization/string.hpp>
#include <string>
#include <iostream>
std::string min(const std::string &lhs, const std::string &rhs)
{
  return lhs.size() < rhs.size() ? lhs : rhs;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
  boost::mpi::environment env{argc, argv};
  boost::mpi::communicator world;
  std::string s;
  if (world.rank() == 0)
    s = "Hello, world!";
  else if (world.rank() == 1)
    s = "Hello, moon!";
  else if (world.rank() == 2)
    s = "Hello, sun!";
  std::string result;
  boost::mpi::all_reduce(world, s, result, min);
  std::cout << world.rank() << ": " << result << '\n';
}

Example47.14

示例 47.14 使用函數 boost::mpi::all_reduce()，它像 boost::mpi::reduce() 一樣收集和分析數據。這兩個函數之間的區別在于 boost::mpi::all_reduce() 將分析結果發送到所有進程，而 boost::mpi::reduce() 使結果僅可用于排名作為傳遞的進程最后一個參數。因此，沒有排名傳遞給 boost::mpi::all_reduce()。如果您使用三個進程運行示例 47.14，每個進程都會寫入 Hello, sun!到標準輸出流。

讀到這里，這篇“C++集體數據交換如何實現”文章已經介紹完畢，想要掌握這篇文章的知識點還需要大家自己動手實踐使用過才能領會，如果想了解更多相關內容的文章，歡迎關注億速云行業資訊頻道。