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My learning in CPP

SUSTech-CS205-CPP-programing 2024 Spring

Haibin Lai 12211612

Lecturer: Prof. Shiqi Yu

Project	Name	Description	Important Point	Classification	Score
1	A Simple Calculator	"简单"的计算器	C程序初步了解，基本数据结构的实现，数据的底层存储，内存管理	basic idea	97
2	Simple Matrix Multiplication	C和Java的区别	C是如何编译与运行的，计算机底层是怎么样的	understanding the system	99
3	Improved Matrix Multiplication in C	矩阵乘法探究	怎么样根据系统优化程序，常见的C优化技术，如循环展开、矩阵重排、分块、SIMD与OpenMP并行技术	boosting in the system	98
4	A Class to Describe a Matrix	矩阵类的设计	工程C++是怎么样的，如何设计一个系统，如何管理系统中的各个模块	design in the system	98
5	GPU Acceleration with CUDA	CUDA编程	GPU是什么，加速计算意味着什么，下一代计算机体系结构会是怎么样 的	application in system	96

什么是于++？

这个问题困扰了很多计系学生。一个简单的“Yu”字，意味着给分不确定，不理解，高难度。这门课令许多人谈虎色变，以至于我上学期末跟导师谈起，这学期我想选C/C++时，导师大惊：“万分小心！听说那门课工作量很多！”。然而，我是一个喜欢Project的人，我也不喜欢听别人说啥就是啥，5个Project驱使着我加入到了这学期的100个倒霉蛋里。但是在三次Project结束后，突然有一天我在想，这5个Project到底意味着什么？我为什么要做这5个Project？

Project1是从计算器这类基础运算开始的。在以往的Java,Python里，我们大多时候不是很关注数据类型，比如float和double，亦或者这些语言都有很好的数据类封装及api。在实现Project1的时候，指针、栈、正则表达式开始引起我们注意。Project1是想告诉我们，C/C++关注于底层，它是比Java颗粒度更小、更精细化的语言。在这门语言上设计一个小系统，才能体验到精细化的感觉。

Project2是Java和C的比较。我们在过去的优化里大多只是关注算法层面的优化，比如剪枝、更好地局部搜索。但是，我们的代码是如何执行的，C为什么快于Java，似乎研究的同学更少。Project2是想告诉我们，C/C++的精细化与对底层的接近，使得它的程序性能更高，有更多的优化方向。同时，计算机软硬件构成的复杂系统让C/C++执行情况更复杂，执行时不能一概而论。

Project3是优化浮点数矩阵乘法。在了解到C/C++的高性能后，我们开始实践技术。我们复习并运用了SIMD，OpenMP。但是我们惊讶的发现，OpenBLAS是个强劲的对手。突然，我们的toy程序被一个精密优化的复杂系统所折服。Project3是想告诉我们，作为一门精细的语言，无数程序员用C/C++对程序做了系统性的优化，我们在学习优化同时，也要明白这门语言所创造的系统工程。 Project4是矩阵类的设计。在这里，我们会参考cv::Mat,学习构建一个大型工程内的一个类。跟之前的底层和优化相比，这回特性和系统占据了主导。封装管理、内存泄露、软copy、运算符重载开始运用。Project4可能是想告诉我们，如何开发一个系统，如何用C/C++搭建系统，如何管理好系统。

Project5往年Project是神经网络，今年我们与时俱进，来到了CUDA的探索。这两年CUDA与GPU的活跃，让我们看到C/C++在这方面的大放异彩，我们在这次Project中探讨了目前学界在GPU中的应用与探索，描述了一部分NVIDIA在GPU技术中的迭代。我们可以看到，C/C++是一门古老、但至今仍活跃在工业界的语言，它的基础造就了当今各种应用的顺畅运行，让再高大上的机器学习、网络通信、生成式人工智能都能成熟落地，飞入我们每一个寻常百姓家。

C/C++的Project是变化的，每年计算器、矩阵、神经网络都会轮着来。但是其核心，想必我们从上面的描述中已经发现了，“优化——系统——应用”是我们学习这门底层语言的流程。这是它的特性决定的。因此，单纯地掌握C/C++语法，其实根本没有入门。这就像二战时期日本的“知美派”，知道美国有几艘航空母舰、多少飞机并不能打败美国；了解美国人的出击战术、航母部署方式、思考方式，才能真正击败对手（说的就是你，山本五十六）。

Project不是卷起来的，而是学到了的。知道了它真正的意图，我们才能像头号玩家里的主角，破解“于”的奥秘，发现游戏里的彩蛋，找到属于自己的知识与财富。

CPP Course Website

https://github.com/ShiqiYu/CPP

Project 4 Website

https://laihb1106205841.github.io/GpuMat.github.io/