传递函数作为Java中快速数值的静态类

我想用java进行一些数值计算，为了使运算真正模块化，我想把传递函数作为其他函数的参数。我在搜索，通常是在java中使用类来扭曲函数。我真的不需要实例化这些类，因为里面没有数据，我想让它尽可能快地在某个地方编写，最终的静态方法由JIT编译器内联。所以我做了这样的东西

public static class Function2 {
  public static float eval(float a, float b){ return Float.NaN; }  
}

public static class FAdd extends Function2 {
  public static float eval(float a, float b){ return a+b; }  
}

public static class Fmult extends Function2 {
  public static float eval(float a, float b){ return a*b; }  
}

void arrayOp( float [] a, float [] b, float [] out, Function2 func ){
  for (int i=0; i<a.length; i++){     out[i] = func.eval( a[i], b[i] );   }
}

float [] a,b, out;

void setup(){
  println( FAdd.eval(10,20) );
  arrayOp( a,b, out, FAdd );
}

但是它打印错误：当我试图将它传递给arrayOp时，找不到类似FAdd的内容，即使println FAdd.eval10,20工作正常。所以，出于某种原因，似乎不可能通过静态类作为prameter

你有什么建议来解决这样的任务？实际上，我希望FAdd是类似于宏的东西，nad arrayOp是polymorf，其行为取决于我传入的宏。但理想情况是在编译时而不是在运行时解决，以提高数值速度。编译后的结果应该与我编写的相同

void arrayAdd( float [] a, float [] b, float [] out ){
  for (int i=0; i<a.length; i++){     out[i] = a[i]  + b[i];    }
}
void arrayMult( float [] a, float [] b, float [] out ){
  for (int i=0; i<a.length; i++){     out[i] = a[i] * b[i];   }
} 

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你考虑过使用枚举吗

private void test() {
  test(3.0f, 4.0f, F.Add);
  test(3.0f, 4.0f, F.Sub);
  test(3.0f, 4.0f, F.Mul);
  test(3.0f, 4.0f, F.Div);
  float[] a = {1f, 2f, 3f, 4f, 5f};
  float[] b = {4f, 9f, 16f, 25f, 36f};
  test(a, b, F.Add);
  test(a, b, F.Sub);
  test(a, b, F.Mul);
  test(a, b, F.Div);
}

private void test(float[] a, float[] b, F f) {
  System.out.println(Arrays.toString(a) + " " + f + " " + Arrays.toString(b) + " = " + Arrays.toString(f.f(a, b, f)));
}

private void test(float a, float b, F f) {
  System.out.println(a + " " + f + " " + b + " = " + f.f(a, b));
}

public enum F {
  Add {
    @Override
    public float f(float x, float y) {
      return x + y;
    }

    @Override
    public String toString() {
      return "+";
    }
  },
  Sub {
    @Override
    public float f(float x, float y) {
      return x - y;
    }

    @Override
    public String toString() {
      return "-";
    }
  },
  Mul {
    @Override
    public float f(float x, float y) {
      return x * y;
    }

    @Override
    public String toString() {
      return "*";
    }
  },
  Div {
    @Override
    public float f(float x, float y) {
      return x / y;
    }

    @Override
    public String toString() {
      return "/";
    }
  };

  // Evaluate to a new array.
  static float[] f(float[] x, float[] y, F f) {
    float[] c = new float[x.length];
    for (int i = 0; i < x.length; i++) {
      c[i] = f.f(x[i], y[i]);
    }
    return c;
  }

  // All must have an f(x,y) method.
  public abstract float f(float x, float y);

  // Also offer a toString - defaults to the enum name.  
  @Override
  public String toString() {
    return this.name();
  }
}

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您想要实现的实际上是或lambda表达式的功能，它位于Java编程语言的JSR335 lambda表达式中，将在Java8中提供。目前，只有匿名内部类接近于此。stackoverflow中的这个问题可能会对您有所帮助。

您实际上在实现中混淆了实例和类。当您有这样声明的方法时：

void arrayOp( float [] a, float [] b, float [] out, Function2 func ){
   for (int i=0; i<a.length; i++){     out[i] = func.eval( a[i], b[i] );   }
}

假设您想将类本身发送给一个方法，那么您的arrayOp声明将如下所示：

void arrayOp( float [] a, float [] b, float [] out, Class func ){

调用此方法时，将以以下方式传入参数：

arrayOp( a,b, out, FAdd.class );

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但是静态方法不能通过继承被重写。你需要一个完全不同的实现来实现你的目标。也就是说，@OldCurmudgeon为您的问题提供了一个非常好的解决方案。考虑使用它。

你正在做一些大规模的假设，最快的代码只有在它最终的静态方法。您很可能是错的，应该把重点放在正确地构建它和测试性能上

如上所述，一种方法是使用敌人的武器。我想说，你应该做的是有一个与eval函数的接口。然后可以传入接口的实现

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Java虚拟机将实现对代码的适当优化。

静态方法不能被重写，但您可以使用匿名类执行此操作：

public static class Function2 {
    public float eval(float a, float b){ return Float.NaN; }  
}

arrayOp(a, b, out, new Function2() {
    public float eval(float a, float b){
        return FAdd.eval(a, b);
    }});

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请注意，Function2中eval的方法声明不是静态的。

我做了一些测试，似乎真的没有必要在现代机器上对其进行优化

机器1-我的旧家用电脑32位WinXP，英特尔奔腾3，我不确定java版本 对于float.mult和float.add这两种操作，静态版本的速度要快2倍以上

static  100000000 [ops]  406.0 [s]  4.06 [ns/op] 
dynamic 100000000 [ops]  1188.0 [s]  11.88 [ns/op] 

但是对于float Sqrt，差异已经非常小了

static  100000000 [ops]  922.0 [s]  9.22 [ns/op] 
dynamic 100000000 [ops]  1172.0 [s]  11.719999 [ns/op] 

机器2-我的工作电脑-64位ubuntu 12.04LTS、Intel Core5、java版本1.6.0_12-ea、JavaTM SE运行时环境构建1.6.0_12-ea-b02、java HotSpotTM 64位服务器VM构建11.2-b01、混合模式 对于float，结果要好得多。添加：

static  1000000000 [ops]  1747.0 [s]  1.7470001 [ns/op] 
dynamic 1000000000 [ops]  1750.0 [s]  1.75 [ns/op] 

所以-我认为处理器或JIT已经足够聪明了，不需要优化这个函数

注: -没有传递函数的静态平均解我只是内联的 手动将操作输入到循环中， -当我使用传递函数作为动态对象实例而不是静态类时，动态平均解。JIT似乎理解类中没有动态数据，因此无论如何它都会在编译时解析它

因此，我的动态解决方案非常简单：

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函数在Java中不是一流的对象，因此这在Java中是不可能的。结果是一样的，但它不会在任何需要的地方快速运行。如果性能非常关键，您应该像最后一样提供单独的方法。@Makoto方法将是Java 8中的第一类对象，但尚未发布；这是一种非常好的技术，对于解决方案来说是+1。但是，请认识到，这与为每个操作定义单独的类和实例没有什么不同。它只是简单地减少了类型。@parsifal-不仅减少了类型，而且它还遵守了各种编码原则，例如等等。此外，每个类只实例化一次。@OldCurmudgeon-注意，我并没有说这是一种不好的做法。然而，根据我的经验，Enum有任何行为的想法让很多人感到惊讶。创建枚举的匿名子类可能会让人更加惊讶。哇，有趣的是，枚举有一些不平凡的功能。然而，我更喜欢类而不是枚举，因为类可以在内部进行扩展，如果用户希望为arrayOp定义自己的函数核心，则稍后可以重写该类。另外，我主要是在处理方面工作，似乎枚举仍然不在那里工作。我不喜欢这里的新内容，这可能会 分配新对象。我不确定它是否在JIT中进行了优化，是否可以在编译时内联没有数据的新对象？

static  100000000 [ops]  922.0 [s]  9.22 [ns/op] 
dynamic 100000000 [ops]  1172.0 [s]  11.719999 [ns/op] 

static  1000000000 [ops]  1747.0 [s]  1.7470001 [ns/op] 
dynamic 1000000000 [ops]  1750.0 [s]  1.75 [ns/op] 

public class Function2 {
  public float eval(float a, float b){ return Float.NaN; }  
}

public class FAdd extends Function2 {
  public float eval(float a, float b){ return a+b; }
}

public class FMult extends Function2 {
  public float eval(float a, float b){ return a*b; }  
}

public void arrayOp( float [] a, float [] b, float [] out, Function2 func ){
  for (int i=0; i<a.length; i++){     out[i] = func.eval( a[i], b[i] );   }
}

final int m = 100;
final int n = 10000000;
float t1,t2;
float [] a,b, out;
a = new float[n];   b = new float[n];   out = new float[n];
t1 = millis();
Function2 func = new FMult(); 
for (int i=0;i<m;i++) arrayOp( a,b, out, func );
t2 = millis();
println( " dynamic " +(n*m)+" [ops]  "+(t2-t1)+" [s]  "+ 1000000*((t2-t1)/(n*m))+" [ns/op] " );