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/* Copyright (c) 2016 PaddlePaddle Authors. All Rights Reserved.
D
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   limitations under the License. */

#pragma once

17
#include <algorithm>
D
dzhwinter 已提交
18
#include <initializer_list>
19
#include <memory>
D
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20 21
#include <vector>

Y
Yi Wang 已提交
22 23
#include "paddle/fluid/framework/tensor.h"
#include "paddle/fluid/framework/tensor_util.h"
Y
Yu Yang 已提交
24 25

#include "glog/logging.h"
D
dzhwinter 已提交
26 27 28 29

namespace paddle {
namespace framework {

30
#if defined(PADDLE_WITH_CUDA)
Y
Yu Yang 已提交
31 32
// Vector<T> implements the std::vector interface, and can get Data or
// MutableData from any place. The data will be synced implicitly inside.
D
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33
template <typename T>
Y
Yu Yang 已提交
34
class Vector {
D
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35
 public:
Y
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36 37
  using value_type = T;

Y
Yu Yang 已提交
38
  // Default ctor. Create empty Vector
Y
Fix CI  
Yu Yang 已提交
39
  Vector() { InitEmpty(); }
Y
Yu Yang 已提交
40

Y
Yu Yang 已提交
41
  // Fill vector with value. The vector size is `count`.
42
  explicit Vector(size_t count, const T &value = T()) {
43 44
    InitEmpty();
    if (count != 0) {
Y
Fix CI  
Yu Yang 已提交
45
      resize(count);
46
      T *ptr = begin();
Y
Fix CI  
Yu Yang 已提交
47 48 49
      for (size_t i = 0; i < count; ++i) {
        ptr[i] = value;
      }
Y
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50 51 52
    }
  }

Y
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53
  // Ctor with init_list
Y
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54
  Vector(std::initializer_list<T> init) {
Y
Fix CI  
Yu Yang 已提交
55 56 57 58 59
    if (init.size() == 0) {
      InitEmpty();
    } else {
      InitByIter(init.size(), init.begin(), init.end());
    }
Y
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60 61
  }

Y
Yu Yang 已提交
62
  // implicit cast from std::vector.
Y
Yu Yang 已提交
63
  template <typename U>
64
  Vector(const std::vector<U> &dat) {  // NOLINT
Y
Fix CI  
Yu Yang 已提交
65 66 67 68 69
    if (dat.size() == 0) {
      InitEmpty();
    } else {
      InitByIter(dat.size(), dat.begin(), dat.end());
    }
Y
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70 71
  }

Y
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72
  // Copy ctor
73
  Vector(const Vector<T> &other) { this->operator=(other); }
Y
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74

Y
Yu Yang 已提交
75
  // Copy operator
76
  Vector<T> &operator=(const Vector<T> &other) {
Y
Yu Yang 已提交
77 78 79
    if (other.size() != 0) {
      this->InitByIter(other.size(), other.begin(), other.end());
    } else {
Y
Fix CI  
Yu Yang 已提交
80
      InitEmpty();
Y
Yu Yang 已提交
81 82 83 84
    }
    return *this;
  }

Y
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85
  // Move ctor
86
  Vector(Vector<T> &&other) {
Y
Yu Yang 已提交
87 88
    this->size_ = other.size_;
    this->flag_ = other.flag_;
Y
Yu Yang 已提交
89
    if (other.cuda_vec_.memory_size()) {
Y
Yu Yang 已提交
90 91
      this->cuda_vec_.ShareDataWith(other.cuda_vec_);
    }
Y
Yu Yang 已提交
92
    if (other.cpu_vec_.memory_size()) {
Y
Yu Yang 已提交
93 94 95
      this->cpu_vec_.ShareDataWith(other.cpu_vec_);
    }
  }
D
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96

Y
Yu Yang 已提交
97
  // CPU data access method. Mutable.
98
  T &operator[](size_t i) {
Y
Yu Yang 已提交
99
    MutableCPU();
100
    return const_cast<T *>(cpu_vec_.data<T>())[i];
Y
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101 102
  }

Y
Yu Yang 已提交
103
  // CPU data access method. Immutable.
104
  const T &operator[](size_t i) const {
Y
Yu Yang 已提交
105 106 107 108
    ImmutableCPU();
    return cpu_vec_.data<T>()[i];
  }

Y
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109
  // std::vector iterator methods. Based on CPU data access method
Y
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110 111
  size_t size() const { return size_; }

112
  T *begin() { return capacity() == 0 ? &EmptyDummy() : &this->operator[](0); }
Y
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113

114
  T *end() {
Y
Fix bug  
Yu Yang 已提交
115 116
    return capacity() == 0 ? &EmptyDummy() : &this->operator[](size());
  }
Y
Yu Yang 已提交
117

118
  T &front() { return *begin(); }
Y
Yu Yang 已提交
119

120
  T &back() {
Y
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121 122 123 124 125
    auto it = end();
    --it;
    return *it;
  }

126
  const T *begin() const {
Y
Fix bug  
Yu Yang 已提交
127
    return capacity() == 0 ? &EmptyDummy() : &this->operator[](0);
Y
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128
  }
Y
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129

130
  const T *end() const {
Y
Fix bug  
Yu Yang 已提交
131
    return capacity() == 0 ? &EmptyDummy() : &this->operator[](size());
Y
Yu Yang 已提交
132
  }
133

134
  const T *cbegin() const { return begin(); }
Y
Yu Yang 已提交
135

136
  const T *cend() const { return end(); }
Y
Yu Yang 已提交
137

138
  const T &back() const {
Y
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139 140 141 142 143
    auto it = end();
    --it;
    return *it;
  }

144
  T *data() { return begin(); }
Y
Yu Yang 已提交
145

146
  const T *data() const { return begin(); }
Y
Yu Yang 已提交
147

148
  const T &front() const { return *begin(); }
Y
Yu Yang 已提交
149
  // end of std::vector iterator methods
Y
Yu Yang 已提交
150

Y
Yu Yang 已提交
151 152
  // assign this from iterator.
  // NOTE: the iterator must support `end-begin`
Y
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153 154 155 156 157
  template <typename Iter>
  void assign(Iter begin, Iter end) {
    InitByIter(end - begin, begin, end);
  }

Y
Yu Yang 已提交
158 159
  // push_back. If the previous capacity is not enough, the memory will
  // double.
Y
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160 161 162 163 164 165 166
  void push_back(T elem) {
    if (size_ + 1 > capacity()) {
      reserve((size_ + 1) << 1);
    }
    *end() = elem;
    ++size_;
  }
D
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167

Y
Yu Yang 已提交
168 169 170 171 172 173
  // extend a vector by iterator.
  // NOTE: the iterator must support end-begin
  template <typename It>
  void Extend(It begin, It end) {
    size_t pre_size = size_;
    resize(pre_size + (end - begin));
174
    T *ptr = this->begin() + pre_size;
Y
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175 176 177 178 179 180
    for (; begin < end; ++begin, ++ptr) {
      *ptr = *begin;
    }
  }

  // resize the vector
Y
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181
  void resize(size_t size) {
D
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182
    if (size + 1 <= capacity()) {
Y
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183 184 185 186 187
      size_ = size;
    } else {
      MutableCPU();
      Tensor cpu_tensor;
      platform::Place cpu = platform::CPUPlace();
188
      T *ptr = cpu_tensor.mutable_data<T>(
Y
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189
          framework::make_ddim({static_cast<int64_t>(size)}), cpu);
190
      const T *old_ptr =
Y
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191
          cpu_vec_.memory_size() == 0 ? nullptr : cpu_vec_.data<T>();
Y
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192 193 194 195 196 197
      if (old_ptr != nullptr) {
        std::copy(old_ptr, old_ptr + size_, ptr);
      }
      size_ = size;
      cpu_vec_.ShareDataWith(cpu_tensor);
    }
D
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198 199
  }

Y
Yu Yang 已提交
200
  // get cuda ptr. immutable
201
  const T *CUDAData(platform::Place place) const {
Y
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202 203 204 205 206
    PADDLE_ENFORCE(platform::is_gpu_place(place),
                   "CUDA Data must on CUDA place");
    ImmutableCUDA(place);
    return cuda_vec_.data<T>();
  }
D
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207

Y
Yu Yang 已提交
208
  // get cuda ptr. mutable
209 210
  T *CUDAMutableData(platform::Place place) {
    const T *ptr = CUDAData(place);
Y
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211
    flag_ = kDirty | kDataInCUDA;
212
    return const_cast<T *>(ptr);
Y
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213 214
  }

Y
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215
  // clear
Y
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216 217 218 219 220 221
  void clear() {
    size_ = 0;
    flag_ = kDirty | kDataInCPU;
  }

  size_t capacity() const {
Y
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222
    return cpu_vec_.memory_size() / SizeOfType(typeid(T));
Y
Yu Yang 已提交
223 224
  }

Y
Yu Yang 已提交
225
  // reserve data
Y
Yu Yang 已提交
226 227 228 229 230 231
  void reserve(size_t size) {
    size_t pre_size = size_;
    resize(size);
    resize(pre_size);
  }

Y
Yu Yang 已提交
232
  // the unify method to access CPU or CUDA data. immutable.
233
  const T *Data(platform::Place place) const {
Y
Yu Yang 已提交
234 235 236
    if (platform::is_gpu_place(place)) {
      return CUDAData(place);
    } else {
237
      return data();
Y
Yu Yang 已提交
238 239 240
    }
  }

Y
Yu Yang 已提交
241
  // the unify method to access CPU or CUDA data. mutable.
242
  T *MutableData(platform::Place place) {
Y
Yu Yang 已提交
243 244
    if (platform::is_gpu_place(place)) {
      return CUDAMutableData(place);
245
    } else {
Y
Yu Yang 已提交
246
      return data();
247 248 249
    }
  }

Y
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250
  // implicit cast operator. Vector can be cast to std::vector implicitly.
Y
Yu Yang 已提交
251 252
  operator std::vector<T>() const {
    std::vector<T> result;
Y
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253 254
    result.resize(size());
    std::copy(begin(), end(), result.begin());
Y
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255 256 257
    return result;
  }

258
  bool operator==(const Vector<T> &other) const {
Y
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259
    if (size() != other.size()) return false;
260 261 262
    auto it1 = cbegin();
    auto it2 = other.cbegin();
    for (; it1 < cend(); ++it1, ++it2) {
Y
Yu Yang 已提交
263 264 265 266 267 268
      if (*it1 != *it2) {
        return false;
      }
    }
    return true;
  }
D
dzhwinter 已提交
269 270

 private:
Y
Fix CI  
Yu Yang 已提交
271 272 273 274 275
  void InitEmpty() {
    size_ = 0;
    flag_ = kDataInCPU;
  }

Y
Yu Yang 已提交
276 277 278
  template <typename Iter>
  void InitByIter(size_t size, Iter begin, Iter end) {
    platform::Place cpu = platform::CPUPlace();
279
    T *ptr = this->cpu_vec_.template mutable_data<T>(
Y
Yu Yang 已提交
280 281 282 283 284 285 286
        framework::make_ddim({static_cast<int64_t>(size)}), cpu);
    for (size_t i = 0; i < size; ++i) {
      *ptr++ = *begin++;
    }
    flag_ = kDataInCPU | kDirty;
    size_ = size;
  }
D
dzhwinter 已提交
287

Y
Yu Yang 已提交
288 289 290 291 292 293
  enum DataFlag {
    kDataInCPU = 0x01,
    kDataInCUDA = 0x02,
    // kDirty means the data has been changed in one device.
    kDirty = 0x10
  };
Y
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294

Y
Fix CI  
Yu Yang 已提交
295 296
  void CopyToCPU() const {
    // COPY GPU Data To CPU
Y
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297
    TensorCopy(cuda_vec_, platform::CPUPlace(), &cpu_vec_);
Y
Fix CI  
Yu Yang 已提交
298 299 300
    WaitPlace(cuda_vec_.place());
  }

Y
Yu Yang 已提交
301 302
  void MutableCPU() {
    if (IsInCUDA() && IsDirty()) {
Y
Fix CI  
Yu Yang 已提交
303
      CopyToCPU();
D
dzhwinter 已提交
304
    }
Y
Yu Yang 已提交
305 306 307 308 309 310
    flag_ = kDirty | kDataInCPU;
  }

  void ImmutableCUDA(platform::Place place) const {
    if (IsDirty()) {
      if (IsInCPU()) {
Y
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311 312
        TensorCopy(cpu_vec_, boost::get<platform::CUDAPlace>(place),
                   &cuda_vec_);
Y
Yu Yang 已提交
313 314 315 316 317
        WaitPlace(place);
        UnsetFlag(kDirty);
        SetFlag(kDataInCUDA);
      } else if (IsInCUDA() && !(place == cuda_vec_.place())) {
        framework::Tensor tmp;
Y
Yi Wang 已提交
318
        TensorCopy(cuda_vec_, boost::get<platform::CUDAPlace>(place), &tmp);
Y
Yu Yang 已提交
319 320 321 322 323 324 325
        WaitPlace(cuda_vec_.place());
        cuda_vec_.ShareDataWith(tmp);
        // Still dirty
      } else {
        // Dirty && DataInCUDA && Device is same
        // Do nothing
      }
D
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326
    } else {
Y
Yu Yang 已提交
327 328
      if (!IsInCUDA()) {
        // Even data is not dirty. However, data is not in CUDA. Copy data.
Y
Yi Wang 已提交
329 330
        TensorCopy(cpu_vec_, boost::get<platform::CUDAPlace>(place),
                   &cuda_vec_);
Y
Yu Yang 已提交
331 332 333 334
        WaitPlace(place);
        SetFlag(kDataInCUDA);
      } else if (!(place == cuda_vec_.place())) {
        framework::Tensor tmp;
Y
Fix CI  
Yu Yang 已提交
335
        WaitPlace(cuda_vec_.place());
Y
Yi Wang 已提交
336
        TensorCopy(cuda_vec_, boost::get<platform::CUDAPlace>(place), &tmp);
Y
Yu Yang 已提交
337
        WaitPlace(cuda_vec_.place());
Y
Fix CI  
Yu Yang 已提交
338
        WaitPlace(place);
Y
Yu Yang 已提交
339 340 341 342 343
        cuda_vec_.ShareDataWith(tmp);
      } else {
        // Not Dirty && DataInCUDA && Device is same
        // Do nothing.
      }
D
dzhwinter 已提交
344 345 346
    }
  }

Y
Yu Yang 已提交
347 348 349
  void ImmutableCPU() const {
    if (IsDirty() &&
        !IsInCPU()) {  // If data has been changed in CUDA, or CPU has no data.
Y
Fix CI  
Yu Yang 已提交
350
      CopyToCPU();
Y
Yu Yang 已提交
351
      UnsetFlag(kDirty);
D
dzhwinter 已提交
352
    }
Y
Yu Yang 已提交
353 354
    SetFlag(kDataInCPU);
  }
D
dzhwinter 已提交
355

Y
Yu Yang 已提交
356 357
  void UnsetFlag(int flag) const { flag_ &= ~flag; }
  void SetFlag(int flag) const { flag_ |= flag; }
D
dzhwinter 已提交
358

Y
Yu Yang 已提交
359
  bool IsDirty() const { return flag_ & kDirty; }
D
dzhwinter 已提交
360

Y
Yu Yang 已提交
361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372
  bool IsInCUDA() const { return flag_ & kDataInCUDA; }

  bool IsInCPU() const { return flag_ & kDataInCPU; }

  static void WaitPlace(const platform::Place place) {
    if (platform::is_gpu_place(place)) {
      platform::DeviceContextPool::Instance()
          .Get(boost::get<platform::CUDAPlace>(place))
          ->Wait();
    }
  }

373
  static T &EmptyDummy() {
Y
Yu Yang 已提交
374 375 376 377
    static T dummy = T();
    return dummy;
  }

Y
Yu Yang 已提交
378 379 380 381 382
  mutable int flag_;
  mutable Tensor cpu_vec_;
  mutable Tensor cuda_vec_;
  size_t size_;
};
D
dzhwinter 已提交
383

384 385 386 387 388 389
#else  // PADDLE_WITH_CUDA

template <typename T>
class CPUVector : public std::vector<T, std::allocator<T>> {
 public:
  CPUVector() : std::vector<T>() {}
390
  CPUVector(size_t count, const T &value = T())  // NOLINT
391 392
      : std::vector<T>(count, value) {}
  CPUVector(std::initializer_list<T> init) : std::vector<T>(init) {}
393 394
  CPUVector(const std::vector<T> &other) : std::vector<T>(other) {}  // NOLINT
  CPUVector(const CPUVector<T> &other) : std::vector<T>(other) {}
395
  CPUVector(CPUVector<T> &&other) : std::vector<T>(std::move(other)) {}
396
  CPUVector(std::vector<T> &&other)  // NOLINT
397
      : std::vector<T>(std::move(other)) {}
398 399 400 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 411 412 413 414 415 416 417 418 419 420 421 422 423 424 425 426 427 428 429 430 431
  CPUVector &operator=(const CPUVector &other) {
    this->assign(other.begin(), other.end());
    return *this;
  }
  CPUVector &operator=(const std::vector<T> &other) {
    this->assign(other.begin(), other.end());
    return *this;
  }

  friend std::ostream &operator<<(std::ostream &os, const CPUVector<T> &other) {
    std::stringstream ss;
    for (auto v : other) {
      os << v << " ";
    }
    return os;
  }

  T &operator[](size_t id) { return this->at(id); }

  const T &operator[](size_t id) const { return this->at(id); }

  template <typename D>
  void Extend(const D &begin, const D &end) {
    this->reserve(this->size() + size_t(end - begin));
    this->insert(this->end(), begin, end);
  }
};

template <typename T>
using Vector = CPUVector<T>;

#endif  // PADDLE_WITH_CUDA

};  // namespace framework
D
dzhwinter 已提交
432
}  // namespace paddle