文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A
DOI: 10.19358/j.issn.2096-5133.2022.06.007
引用格式: 余澤霖,徐云. MATLAB到高性能C的代碼轉(zhuǎn)換系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)安全,2022,41(6):36-42,56.
0 引言
MATLAB由于其強(qiáng)大的功能、友好的開發(fā)界面和簡單易用的編程語言形式而被開發(fā)人員廣泛使用,許多企業(yè)和科研單位都存在著大量的MATLAB遺留代碼(Legacy Code)。但由于MATLAB程序運(yùn)行依賴于MATLAB軟件系統(tǒng),部分工作平臺無法滿足要求,并且它的運(yùn)行速度相較于C等更底層的語言慢,無法滿足高性能計(jì)算的需求,通常需要將這些遺留MATLAB代碼轉(zhuǎn)換為C代碼。而人工轉(zhuǎn)換代碼需要付出高昂的人力成本,因此,理想的解決方案是將MATLAB代碼自動轉(zhuǎn)換成C代碼。
程序轉(zhuǎn)換可以節(jié)省軟件開發(fā)的成本,并在軟件的移植、重用、更新和編譯等方面有著重要的應(yīng)用[1],因此在國內(nèi)外有大量的對編程語言轉(zhuǎn)換的研究。本文對已有的編程語言轉(zhuǎn)換方法進(jìn)行了借鑒和改進(jìn),提出了一個(gè)MATLAB到C的自動轉(zhuǎn)換方法,著重解決了以下三個(gè)關(guān)鍵問題:一是引入了一種基于抽象語法樹(Abstract Syntax Tree,AST)的中間表示(Intermediate Representation,IR)來解決兩語言間的差異問題,為MATLAB和C轉(zhuǎn)換過程中提供統(tǒng)一的接口,避免為兩種語言的語法結(jié)構(gòu)映射制定繁瑣的規(guī)則。二是由于C中變量需要聲明后使用,而MATLAB不需要,因此在轉(zhuǎn)換時(shí)需要對MATLAB中的矩陣變量的類型信息(矩陣的大小和矩陣元素的類型)進(jìn)行識別。已有許多對此類高級語言的變量類型信息識別的研究成果[2-6],本文借鑒并實(shí)現(xiàn)了MATLAB到C的轉(zhuǎn)換過程中的類型信息推導(dǎo)。三是MATLAB中大部分表達(dá)式是矢量間的運(yùn)算,直接轉(zhuǎn)換到C語句會導(dǎo)致性能下降,并且很多內(nèi)置的科學(xué)計(jì)算函數(shù)沒有直接對應(yīng)的C代碼。本文設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)換算法,使用C數(shù)學(xué)核心庫(Math Kernel Library,MKL)中的函數(shù)為MATLAB中的矢量運(yùn)算和庫函數(shù)生成高性能C代碼段,解決轉(zhuǎn)換困難和性能問題。本文實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)能幫助開發(fā)人員將MATLAB代碼自動轉(zhuǎn)換生成C代碼,提升代碼性能,減少人工成本。
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作者信息:
余澤霖1,2,徐 云1,2
(1.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,安徽 合肥230026;
2.安徽省高性能計(jì)算重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,安徽 合肥230026)