一種基于模板元編程的量綱檢測方法
量綱檢測系統(tǒng)應(yīng)該預(yù)定義常用單位量綱,以方便應(yīng)用開發(fā)人員使用。TADA方法采用如下方式定義單位量綱:本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/195807.htm
2.5 數(shù)學(xué)運算函數(shù)的量綱包裝
對于指數(shù)、對數(shù)、三角函數(shù)等已有的數(shù)學(xué)運算函數(shù),其參數(shù)與返回值都是沒有單位量綱的,不能直接用于有量綱的公式計算。針對這個問題,.TADA方法提供了這些函數(shù)的量綱包裝,以sqrt和sin為例如下:
2.6 輔助工具
TADA方法還提供了一些輔助工具,用于將量綱變量以適合閱讀的方式顯示出來,例如:
可以得到這樣的輸出結(jié)果:0.2米/秒2
2.7 分析和評估
在TADA方法的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)了面向C/C++程序的量綱檢測系統(tǒng)(TADA系統(tǒng)),并對TADA系統(tǒng)的檢測能力進行了分析和評估。
首先采用TADA系統(tǒng)來檢測下面的樣例程序。
在TADA系統(tǒng)中,Visual Studio 2003編譯該程序會出現(xiàn)類似如下的錯誤信息,錯誤信息的第3行就表明了unit.epp的第9行有錯誤。
在檢測能力方面,采用文獻的樣例程序?qū)A-DA系統(tǒng)和Osprey系統(tǒng)的量綱檢測能力進行了對比評估。在文獻中,Osprey共找到了3個錯誤,其中前2個是單位誤用錯誤,第3個是單位轉(zhuǎn)換比例因子錯誤。TADA系統(tǒng)也完全找到了前2個錯誤,而第3個錯誤在標(biāo)注時被避免掉了,因為該單位系統(tǒng)包含了量綱之間的比例因子,能夠進行自動的單位轉(zhuǎn)換。
在性能和可擴展性方面,TADA系統(tǒng)能夠更有效地實現(xiàn)對c/c++程序的量綱檢測。Osprey系統(tǒng)引入了具有較高計算復(fù)雜度的線性方程組求解步驟,需要很大的計算和時間開銷來解線性解方程組。TADA系統(tǒng)基于模板元編程技術(shù),只需要利用語言自身的語法能力,靠編譯器進行單位量綱檢查,沒有帶來太多額外的復(fù)雜計算。并且TADA系統(tǒng)不會帶來任何程序的運行時開銷。因此TADA系統(tǒng)可適用于各種規(guī)模的C/C++程序,具有更好的性能和可擴展性。
在易用性方面,TADA系統(tǒng)的標(biāo)注負(fù)擔(dān)與Osprey系統(tǒng)相當(dāng)。由于TADA系統(tǒng)利用C++編譯器的功能進行錯誤檢測,而C++編譯器遇到模板錯誤時的錯誤信息卻不很直觀,錯誤報告的可讀性較弱,但仍可以快速定位到錯誤點。
3 結(jié) 語
這里提出一種新穎的基于模板元編程的單位量綱檢測方法TADA,并基于該方法實現(xiàn)了一個單位量綱檢測系統(tǒng)。
TADA方法采用模板元編程技術(shù),使得經(jīng)過單位量綱標(biāo)注的受測程序仍然是一個完整、合法、可編譯的C/C++程序,無需維護多套程序代碼,也無需進行復(fù)雜的解方程組運算,就能夠在程序代碼中發(fā)現(xiàn)量綱錯誤,具有良好的實用性和可擴展性,可以有效適用于多種規(guī)模程序的量綱檢測。
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