Приложение A Интерфейс внешнего кода

«Вся мудрость человечества не заключена в одном языке»

— Эзра Паунд

Octave — замечательный язык для решения многих задач в науке и инженерном деле. Однако это не единственный язык программирования, и иногда возникает необходимость использовать код, написанный на других языках. Для этого есть веские причины: 1) не изобретать велосипед; хорошим примером могут служить существующие библиотеки функций, которые тщательно протестированы и отлажены, или крупные кодовые базы для моделирования; 2) использовать уникальные возможности другого языка; например, хорошо известные функции регулярных выражений Perl (но не делайте этого, потому что regexp уже есть в Octave).

Как правило, не следует использовать скомпилированные расширения ради производительности. Хотя скомпилированные расширения могут работать быстрее, особенно если они заменяют цикл в коде Octave, почти всегда это не лучший путь. Во-первых, существует множество способов повысить производительность Octave, не выходя за пределы языка. Во-вторых, Octave — язык высокого уровня, упрощающий выполнение распространённых математических задач. Отказ от этого означает, что вместо решения реальной задачи придётся решать задачу программирования. Это означает возвращение к низкоуровневым конструкциям, таким как указатели, управление памятью, математическое переполнение/потеря точности и т. д. Из-за низкоуровневого характера таких конструкций и того, что скомпилированный код выполняется вне Octave, существует вполне реальная вероятность аварийного завершения интерпретатора и потери результатов работы.

Прежде чем продолжить, сначала выясните, действительно ли вам необходимо писать код вне Octave.

• Можно ли получить ту же функциональность, используя только язык сценариев Octave?

  Даже если функция уже существует вне языка, возможно, будет лучше просто воспроизвести её поведение в m-файле, а не пытаться взаимодействовать с внешним кодом.

• Достаточно ли хорошо оптимизирован код для Octave?

  Если производительность важна, всегда начинайте с использования встроенных в язык средств для её повышения. Главное из них — векторизация (см. Векторизация и ускорение выполнения кода), которая не только делает код более лаконичным и понятным, но и повышает производительность в 10–100 раз. Если без циклов не обойтись, выделяйте память для переменных вне циклов, присваивая им матрицу нужного размера или используя zeros.

• Максимально ли эффективно код использует существующие встроенные библиотечные функции?

  Эти функции хорошо оптимизированы, и многие из них не несут накладных расходов, связанных с интерпретацией.

• Будет ли написание динамически связанной функции полезной тратой вашего времени по сравнению с тем, чтобы остаться в Octave?

  На изучение интерфейса Octave для внешнего кода потребуется время, и неизбежно возникнут проблемы с такими инструментами, как компиляторы.

Тем не менее Octave предлагает универсальный интерфейс для включения фрагментов скомпилированного кода в виде динамически связанных расширений. Такие динамически связанные функции можно вызывать из интерпретатора так же, как обычные функции. Интерфейс двунаправленный, и внешний код может вызывать функции Octave (например, plot), разработка которых иным способом может быть очень сложной.

Интерфейс ориентирован на поддержку языков C++, C и Fortran. Сама Octave написана на C++ и может вызывать внешний код на C++/C через собственный интерфейс oct-файлов. Язык C также поддерживается через интерфейс mex-файлов для совместимости с MATLAB. К коду на Fortran проще всего обращаться через интерфейс oct-файлов.

Поскольку многие другие языки предоставляют API на C или C++, создание связей между Octave и другими языками относительно просто. Это также способ взаимодействия с аппаратными ресурсами, драйверы устройств для которых часто написаны на C.

• Oct-файлы
• Mex-файлы
• Автономные программы
• Интерфейс Java