【C++】OpenMP简介

一、背景知识

1、program作用

#pragma 是 C 和 C++ 语言中的一个预处理指令。它主要用于向编译器发送特定的信息或者指示，以便控制编译过程。#pragma 通常与编译器特定的选项或功能一起使用，因此它的具体行为和实现可能因不同的编译器而有所不同。

#pragma 的语法如下：

#pragma directive_name optional_arguments

其中，directive_name 是一个编译器识别的指示名称，optional_arguments 是可选的参数。

#pragma 的一些常见用途包括：

• 优化：可以通过向编译器提供优化建议来改善生成的代码性能。例如，#pragma omp parallel for 用于 OpenMP 并行编程，以在循环中实现线程级并行。
• 诊断：可以启用或禁用特定的编译器警告。例如，#pragma warning(disable: 4996) 可以在 Visual Studio 中禁用特定警告。
• 代码段：可以将代码段驻留在特定的内存区域。例如，#pragma code_seg(“MY_SECTION”) 可以将代码段放置在名为 “MY_SECTION” 的内存区域中。
• 初始化和终止函数：可以指定在程序启动和退出时自动执行的函数。例如，#pragma startup func1 和 #pragma exit func2 分别指定 func1 和 func2 在程序启动和退出时执行。
• 数据对齐：可以控制数据结构成员的对齐方式。例如，#pragma pack(push, 1) 和 #pragma pack(pop) 分别设置和恢复数据对齐方式。

由于 #pragma 可能因编译器而异，建议查阅编译器的文档以了解支持的 #pragma 指令和相关功能。对于可移植性考虑，通常应尽量避免使用编译器特定的 #pragma。

2、C++不同版本区别

C++ 有多个版本，其中比较常见的包括：

• C++98/03：这是最初的 C++ 标准，也称为 ISO/IEC 14882:1998（C++98），后来进行了一些小修订，称为 ISO/IEC 14882:2003（C++03）。该标准引入了类、继承、多态、模板等面向对象编程特性。它还支持异常处理、RTTI（运行时类型识别）和 STL（标准模板库）等功能。
• C++11：也称为 ISO/IEC 14882:2011。该标准在 C++98 的基础上增加了大量新功能，如 lambda 表达式、右值引用、智能指针、constexpr 函数、nullptr 关键字、委托构造函数、变长模板等等。同时，它还对语言规范进行了一些修改和增强，以提高效率、可读性和可维护性。
• C++14：也称为 ISO/IEC 14882:2014。该标准在 C++11 的基础上进行了一些小修订和改进。它主要增加了一些新特性，如二进制字面量、泛型 lambda 表达式、返回类型推导等。
• C++17：也称为 ISO/IEC 14882:2017。该标准在 C++14 的基础上增加了许多新功能，如结构化绑定、内联变量、if constexpr、折叠表达式等。它还对语言规范进行了大量修改和增强，以便提高效率、可读性和可维护性。
• C++20：也称为 ISO/IEC 14882:2020。该标准在 C++17 的基础上增加了许多新特性，如 concepts（概念）机制、三路比较运算符、协程、格式化 I/O 库等等。同时，它还增强了现有的功能，并修复了一些缺陷和错误。

查看g++默认使用的C++版本

g++ -dM -E -x c++  /dev/null | grep -F __cplusplus

版本对照表

C++标准	__cplusplus值
C++ 11	201103L
C++ 14	201402L
C++ 17	201703L

指定不同版本编译器

vim ~/.bashrc
echo alias g17=\'g++ -std=c++17\' >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

二、什么是OpenMP

OpenMP 是一套 C++ 并行编程框架, 也支持 Forthan .
它是一个跨平台的多线程实现， 能够使串行代码经过最小的改动自动转化成并行的。具有广泛的适应性。这个最小的改动，有时候只是一行编译原语！(在高阶示例中，我们将演示并评估加速性能)
具体实现是通过分析编译原语#pragma，将用原语定义的代码块，自动转化成并行的线程去执行。每个线程都将分配一个独立的id. 最后再合并线程结果。

OpenMP 入门与实例分析

三、关键字

1、reduction 作用

在 OpenMP 中，reduction 用于将一个变量的值从多个线程中合并为单个结果。该指令提供了一个简单的方法来实现并行计算中的归约操作。
下面是 reduction 的语法示例：

#pragma omp parallel for reduction(+:sum)
for (i = 0; i < n; i++) {sum += a[i];
}

在这个例子中，我们使用了 + 运算符作为 reduction 操作符，并且要对变量 sum 进行归约。在执行并行循环时，每个线程都会计算一部分的 sum 值，最终将这些值相加得到最终的结果。
其他的 reduction 操作符包括 -、*、&、|、^ 和 &&、||。可以根据具体应用场景选择适当的操作符。
需要注意的是，被归约的变量必须满足以下条件之一：

• 全局变量（全局作用域）
• 静态变量（静态存储期）
• 分配在堆上的变量
• 在 parallel 或 task region 中定义的私有变量

另外，OpenMP 还支持自定义数据类型的归约操作，需要通过 omp declare reduction 指令来声明自定义操作符和数据类型的归约方式。

2、default(shared)作用

default(shared)是OpenMP的一个指令，用于指定在并行计算中所有变量都是共享的。这意味着变量的存储将在所有线程之间共享，并且任何对变量的更改都将影响所有线程。使用此指令可以确保所有线程都使用相同的数据，因为它们都可以读取和修改共享变量。

请注意，使用default(shared)可能会导致数据竞争和不一致的结果。因此，在使用并行计算时，必须小心谨慎地选择变量的共享方式，并采取适当的同步措施来避免数据冲突。