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   limitations under the License. */

#pragma once

#include <initializer_list>
#include <vector>

Y
Yi Wang 已提交
20 21
#include "paddle/fluid/framework/tensor.h"
#include "paddle/fluid/framework/tensor_util.h"
Y
Yu Yang 已提交
22 23

#include "glog/logging.h"
D
dzhwinter 已提交
24 25 26 27

namespace paddle {
namespace framework {

Y
Yu Yang 已提交
28 29
// 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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30
template <typename T>
Y
Yu Yang 已提交
31
class Vector {
D
dzhwinter 已提交
32
 public:
Y
Yu Yang 已提交
33 34
  using value_type = T;

Y
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35
  // Default ctor. Create empty Vector
Y
Fix CI  
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36
  Vector() { InitEmpty(); }
Y
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37

Y
Yu Yang 已提交
38
  // Fill vector with value. The vector size is `count`.
Y
Yu Yang 已提交
39
  explicit Vector(size_t count, const T& value = T()) {
40 41
    InitEmpty();
    if (count != 0) {
Y
Fix CI  
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42 43 44 45 46
      resize(count);
      T* ptr = begin();
      for (size_t i = 0; i < count; ++i) {
        ptr[i] = value;
      }
Y
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47 48 49
    }
  }

Y
Yu Yang 已提交
50
  // Ctor with init_list
Y
Yu Yang 已提交
51
  Vector(std::initializer_list<T> init) {
Y
Fix CI  
Yu Yang 已提交
52 53 54 55 56
    if (init.size() == 0) {
      InitEmpty();
    } else {
      InitByIter(init.size(), init.begin(), init.end());
    }
Y
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57 58
  }

Y
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59
  // implicit cast from std::vector.
Y
Yu Yang 已提交
60 61
  template <typename U>
  Vector(const std::vector<U>& dat) {  // NOLINT
Y
Fix CI  
Yu Yang 已提交
62 63 64 65 66
    if (dat.size() == 0) {
      InitEmpty();
    } else {
      InitByIter(dat.size(), dat.begin(), dat.end());
    }
Y
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67 68
  }

Y
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69
  // Copy ctor
Y
Yu Yang 已提交
70 71
  Vector(const Vector<T>& other) { this->operator=(other); }

Y
Yu Yang 已提交
72
  // Copy operator
Y
Yu Yang 已提交
73 74 75 76
  Vector<T>& operator=(const Vector<T>& other) {
    if (other.size() != 0) {
      this->InitByIter(other.size(), other.begin(), other.end());
    } else {
Y
Fix CI  
Yu Yang 已提交
77
      InitEmpty();
Y
Yu Yang 已提交
78 79 80 81
    }
    return *this;
  }

Y
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82
  // Move ctor
Y
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83 84 85
  Vector(Vector<T>&& other) {
    this->size_ = other.size_;
    this->flag_ = other.flag_;
Y
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86
    if (other.cuda_vec_.memory_size()) {
Y
Yu Yang 已提交
87 88
      this->cuda_vec_.ShareDataWith(other.cuda_vec_);
    }
Y
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89
    if (other.cpu_vec_.memory_size()) {
Y
Yu Yang 已提交
90 91 92
      this->cpu_vec_.ShareDataWith(other.cpu_vec_);
    }
  }
D
dzhwinter 已提交
93

Y
Yu Yang 已提交
94
  // CPU data access method. Mutable.
Y
Yu Yang 已提交
95 96 97 98 99
  T& operator[](size_t i) {
    MutableCPU();
    return const_cast<T*>(cpu_vec_.data<T>())[i];
  }

Y
Yu Yang 已提交
100
  // CPU data access method. Immutable.
Y
Yu Yang 已提交
101 102 103 104 105
  const T& operator[](size_t i) const {
    ImmutableCPU();
    return cpu_vec_.data<T>()[i];
  }

Y
Yu Yang 已提交
106
  // std::vector iterator methods. Based on CPU data access method
Y
Yu Yang 已提交
107 108
  size_t size() const { return size_; }

Y
Fix bug  
Yu Yang 已提交
109
  T* begin() { return capacity() == 0 ? &EmptyDummy() : &this->operator[](0); }
Y
Yu Yang 已提交
110

Y
Fix bug  
Yu Yang 已提交
111 112 113
  T* end() {
    return capacity() == 0 ? &EmptyDummy() : &this->operator[](size());
  }
Y
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114 115 116 117 118 119 120 121 122

  T& front() { return *begin(); }

  T& back() {
    auto it = end();
    --it;
    return *it;
  }

Y
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123
  const T* begin() const {
Y
Fix bug  
Yu Yang 已提交
124
    return capacity() == 0 ? &EmptyDummy() : &this->operator[](0);
Y
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125
  }
Y
Yu Yang 已提交
126

Y
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127
  const T* end() const {
Y
Fix bug  
Yu Yang 已提交
128
    return capacity() == 0 ? &EmptyDummy() : &this->operator[](size());
Y
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129
  }
130

Y
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131 132 133 134
  const T* cbegin() const { return begin(); }

  const T* cend() const { return end(); }

Y
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135 136 137 138 139 140
  const T& back() const {
    auto it = end();
    --it;
    return *it;
  }

Y
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141 142 143 144
  T* data() { return begin(); }

  const T* data() const { return begin(); }

Y
Yu Yang 已提交
145
  const T& front() const { return *begin(); }
Y
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146
  // end of std::vector iterator methods
Y
Yu Yang 已提交
147

Y
Yu Yang 已提交
148 149
  // assign this from iterator.
  // NOTE: the iterator must support `end-begin`
Y
Yu Yang 已提交
150 151 152 153 154
  template <typename Iter>
  void assign(Iter begin, Iter end) {
    InitByIter(end - begin, begin, end);
  }

Y
Yu Yang 已提交
155 156
  // push_back. If the previous capacity is not enough, the memory will
  // double.
Y
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157 158 159 160 161 162 163
  void push_back(T elem) {
    if (size_ + 1 > capacity()) {
      reserve((size_ + 1) << 1);
    }
    *end() = elem;
    ++size_;
  }
D
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164

Y
Yu Yang 已提交
165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177
  // 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));
    T* ptr = this->begin() + pre_size;
    for (; begin < end; ++begin, ++ptr) {
      *ptr = *begin;
    }
  }

  // resize the vector
Y
Yu Yang 已提交
178
  void resize(size_t size) {
D
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179
    if (size + 1 <= capacity()) {
Y
Yu Yang 已提交
180 181 182 183 184 185 186 187
      size_ = size;
    } else {
      MutableCPU();
      Tensor cpu_tensor;
      platform::Place cpu = platform::CPUPlace();
      T* ptr = cpu_tensor.mutable_data<T>(
          framework::make_ddim({static_cast<int64_t>(size)}), cpu);
      const T* old_ptr =
Y
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188
          cpu_vec_.memory_size() == 0 ? nullptr : cpu_vec_.data<T>();
Y
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189 190 191 192 193 194
      if (old_ptr != nullptr) {
        std::copy(old_ptr, old_ptr + size_, ptr);
      }
      size_ = size;
      cpu_vec_.ShareDataWith(cpu_tensor);
    }
D
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195 196
  }

Y
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197
  // get cuda ptr. immutable
Y
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198 199 200 201 202 203
  const T* CUDAData(platform::Place place) const {
    PADDLE_ENFORCE(platform::is_gpu_place(place),
                   "CUDA Data must on CUDA place");
    ImmutableCUDA(place);
    return cuda_vec_.data<T>();
  }
D
dzhwinter 已提交
204

Y
Yu Yang 已提交
205
  // get cuda ptr. mutable
Y
Yu Yang 已提交
206 207 208 209 210 211
  T* CUDAMutableData(platform::Place place) {
    const T* ptr = CUDAData(place);
    flag_ = kDirty | kDataInCUDA;
    return const_cast<T*>(ptr);
  }

Y
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212
  // clear
Y
Yu Yang 已提交
213 214 215 216 217 218
  void clear() {
    size_ = 0;
    flag_ = kDirty | kDataInCPU;
  }

  size_t capacity() const {
Y
Yu Yang 已提交
219
    return cpu_vec_.memory_size() / SizeOfType(typeid(T));
Y
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220 221
  }

Y
Yu Yang 已提交
222
  // reserve data
Y
Yu Yang 已提交
223 224 225 226 227 228
  void reserve(size_t size) {
    size_t pre_size = size_;
    resize(size);
    resize(pre_size);
  }

Y
Yu Yang 已提交
229
  // the unify method to access CPU or CUDA data. immutable.
Y
Yu Yang 已提交
230 231 232 233
  const T* Data(platform::Place place) const {
    if (platform::is_gpu_place(place)) {
      return CUDAData(place);
    } else {
234
      return data();
Y
Yu Yang 已提交
235 236 237
    }
  }

Y
Yu Yang 已提交
238
  // the unify method to access CPU or CUDA data. mutable.
Y
Yu Yang 已提交
239 240 241
  T* MutableData(platform::Place place) {
    if (platform::is_gpu_place(place)) {
      return CUDAMutableData(place);
242
    } else {
Y
Yu Yang 已提交
243
      return data();
244 245 246
    }
  }

Y
Yu Yang 已提交
247
  // implicit cast operator. Vector can be cast to std::vector implicitly.
Y
Yu Yang 已提交
248 249
  operator std::vector<T>() const {
    std::vector<T> result;
Y
Yu Yang 已提交
250 251
    result.resize(size());
    std::copy(begin(), end(), result.begin());
Y
Yu Yang 已提交
252 253 254 255 256
    return result;
  }

  bool operator==(const Vector<T>& other) const {
    if (size() != other.size()) return false;
257 258 259
    auto it1 = cbegin();
    auto it2 = other.cbegin();
    for (; it1 < cend(); ++it1, ++it2) {
Y
Yu Yang 已提交
260 261 262 263 264 265
      if (*it1 != *it2) {
        return false;
      }
    }
    return true;
  }
D
dzhwinter 已提交
266 267

 private:
Y
Fix CI  
Yu Yang 已提交
268 269 270 271 272
  void InitEmpty() {
    size_ = 0;
    flag_ = kDataInCPU;
  }

Y
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273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283
  template <typename Iter>
  void InitByIter(size_t size, Iter begin, Iter end) {
    platform::Place cpu = platform::CPUPlace();
    T* ptr = this->cpu_vec_.template mutable_data<T>(
        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
284

Y
Yu Yang 已提交
285 286 287 288 289 290
  enum DataFlag {
    kDataInCPU = 0x01,
    kDataInCUDA = 0x02,
    // kDirty means the data has been changed in one device.
    kDirty = 0x10
  };
Y
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291

Y
Fix CI  
Yu Yang 已提交
292 293
  void CopyToCPU() const {
    // COPY GPU Data To CPU
Y
Yi Wang 已提交
294
    TensorCopy(cuda_vec_, platform::CPUPlace(), &cpu_vec_);
Y
Fix CI  
Yu Yang 已提交
295 296 297
    WaitPlace(cuda_vec_.place());
  }

Y
Yu Yang 已提交
298 299
  void MutableCPU() {
    if (IsInCUDA() && IsDirty()) {
Y
Fix CI  
Yu Yang 已提交
300
      CopyToCPU();
D
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301
    }
Y
Yu Yang 已提交
302 303 304 305 306 307
    flag_ = kDirty | kDataInCPU;
  }

  void ImmutableCUDA(platform::Place place) const {
    if (IsDirty()) {
      if (IsInCPU()) {
Y
Yi Wang 已提交
308 309
        TensorCopy(cpu_vec_, boost::get<platform::CUDAPlace>(place),
                   &cuda_vec_);
Y
Yu Yang 已提交
310 311 312 313 314
        WaitPlace(place);
        UnsetFlag(kDirty);
        SetFlag(kDataInCUDA);
      } else if (IsInCUDA() && !(place == cuda_vec_.place())) {
        framework::Tensor tmp;
Y
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315
        TensorCopy(cuda_vec_, boost::get<platform::CUDAPlace>(place), &tmp);
Y
Yu Yang 已提交
316 317 318 319 320 321 322
        WaitPlace(cuda_vec_.place());
        cuda_vec_.ShareDataWith(tmp);
        // Still dirty
      } else {
        // Dirty && DataInCUDA && Device is same
        // Do nothing
      }
D
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323
    } else {
Y
Yu Yang 已提交
324 325
      if (!IsInCUDA()) {
        // Even data is not dirty. However, data is not in CUDA. Copy data.
Y
Yi Wang 已提交
326 327
        TensorCopy(cpu_vec_, boost::get<platform::CUDAPlace>(place),
                   &cuda_vec_);
Y
Yu Yang 已提交
328 329 330 331
        WaitPlace(place);
        SetFlag(kDataInCUDA);
      } else if (!(place == cuda_vec_.place())) {
        framework::Tensor tmp;
Y
Fix CI  
Yu Yang 已提交
332
        WaitPlace(cuda_vec_.place());
Y
Yi Wang 已提交
333
        TensorCopy(cuda_vec_, boost::get<platform::CUDAPlace>(place), &tmp);
Y
Yu Yang 已提交
334
        WaitPlace(cuda_vec_.place());
Y
Fix CI  
Yu Yang 已提交
335
        WaitPlace(place);
Y
Yu Yang 已提交
336 337 338 339 340
        cuda_vec_.ShareDataWith(tmp);
      } else {
        // Not Dirty && DataInCUDA && Device is same
        // Do nothing.
      }
D
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341 342 343
    }
  }

Y
Yu Yang 已提交
344 345 346
  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
347
      CopyToCPU();
Y
Yu Yang 已提交
348
      UnsetFlag(kDirty);
D
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349
    }
Y
Yu Yang 已提交
350 351
    SetFlag(kDataInCPU);
  }
D
dzhwinter 已提交
352

Y
Yu Yang 已提交
353 354
  void UnsetFlag(int flag) const { flag_ &= ~flag; }
  void SetFlag(int flag) const { flag_ |= flag; }
D
dzhwinter 已提交
355

Y
Yu Yang 已提交
356
  bool IsDirty() const { return flag_ & kDirty; }
D
dzhwinter 已提交
357

Y
Yu Yang 已提交
358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369
  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();
    }
  }

Y
Yu Yang 已提交
370 371 372 373 374
  static T& EmptyDummy() {
    static T dummy = T();
    return dummy;
  }

Y
Yu Yang 已提交
375 376 377 378 379
  mutable int flag_;
  mutable Tensor cpu_vec_;
  mutable Tensor cuda_vec_;
  size_t size_;
};
D
dzhwinter 已提交
380 381 382

}  // namespace framework
}  // namespace paddle