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Operator 设计

一个operator 可分为两层:

• 一层为 op 层, 包括参数获取包装成param结构体(传递给kernel层的参数结构体)和InferShape的操作.
• 另一层为 kernel 层, 包含了op的具体运算部分, kernel层为可特化到具体平台实现

每一个op需要对应着一段op注册代码, 用于上层在实例化op时使用

op层

template <typename Dtype>
class OperatorBase {
 public:
  /*
   *  @b op 基类的实例化方法, op 获取到了 输入、参数以及提前分配好的输出 tensor
   * */
  OperatorBase(const std::string &type, const VariableNameMap &inputs,
               const VariableNameMap &outputs, const AttributeMap &attrs,
               std::shared_ptr<Scope> scope);
  virtual ~OperatorBase() {}
  void Run() const;

  std::vector<string> GetOutKeys() const;

  virtual void RunImpl() const = 0;

  virtual void Init() = 0;
  /*
   * @b op 运算所需的输入, 如上一层的输出结果、卷积核
   * */
  const VariableNameMap &Inputs() const { return inputs_; }
  /*
   * @b op 的输出, 内存会提前被分配好, 运算结果会被存到分配好的内存内
   * */
  const VariableNameMap &Outputs() const { return outputs_; }
  /*
   * @b op 类型
   * */
  const std::string &Type() const { return type_; }

  /*
   * @b 根据输入形状和参数计算出输出形状
   * */
  virtual void InferShape() const = 0;

 protected:
  std::shared_ptr<Scope> scope_;
  std::string type_;
  VariableNameMap inputs_;
  VariableNameMap outputs_;
  AttributeMap attrs_;

 private:
  void CheckAllInputOutputSet() const;
};
/*
 * @b 这个类为所有带有运算的 op 的父类, 这个 op 继承与 OperatorBase
 * */
template <typename Dtype, typename ParamType, typename KernelType>
class OperatorWithKernel : public OperatorBase<Dtype> {
 public:
  OperatorWithKernel(const std::string &type, const VariableNameMap &inputs,
                     const VariableNameMap &outputs, const AttributeMap &attrs,
                     std::shared_ptr<Scope> scope)
      : OperatorBase<Dtype>(type, inputs, outputs, attrs, scope),
        param_(inputs, outputs, attrs, *scope) {}

  virtual void RunImpl() const { this->kernel_.Compute(this->param_); }

  virtual void InferShape() const = 0;

  void Init() {
   // op 实现者可以重写该方法, 对参数进行预处理
    PADDLE_MOBILE_ENFORCE(kernel_.Init(&param_), "  %s kernel init failed",
                          this->type_.c_str());
  }

 protected:
  KernelType kernel_;
  ParamType param_;
};

kernel 层

/*
 * @b 所有kernel的父类
 * */
template <typename Dtype, typename P>
class OpKernelBase {
 public:
  /*
   * @b 所有kernel 需实现 Compute 方法
   * @p para 这个参数为 kernel 运算时所需要用到参数组成的一个结构体,
   *    所有结构体存在与: paddle-mobile/src/operators/op_param.h
   * */
  virtual void Compute(const P &para) const = 0;
  virtual bool Init(P *para) { return true; };
  virtual ~OpKernelBase() = default;
};

例子: 一个 relu 的实现

//relu_op.h

template <typename DeviceType, typename T>
class ReluOp
    : public framework::OperatorWithKernel<
          DeviceType, ReluParam, operators::ReluKernel<DeviceType, T>> {
 public:
  /*
   * @b op 的实例化方法, 需要调用父类的实例化方法, 以及实例化自己的参数结构体
   * */
  ReluOp(const std::string &type, const VariableNameMap &inputs,
         const VariableNameMap &outputs, const framework::AttributeMap &attrs,
         std::shared_ptr<framework::Scope> scope)
      : framework::OperatorWithKernel<DeviceType, ReluParam,
                                      operators::ReluKernel<DeviceType, T>>(
            type, inputs, outputs, attrs, scope) {}

  using framework::OperatorWithKernel<
      DeviceType, ReluParam,
      operators::ReluKernel<DeviceType, T>>::OperatorWithKernel;
  void InferShape() const override;

 protected:
};

.cpp 中给出了 InferShape 的实现, 和op注册部分

//relu_op.cpp
namespace paddle_mobile {
namespace operators {

template <typename Dtype, typename T>
void ReluOp<Dtype, T>::InferShape() const {
  auto input_dims = param_.InputX()->dims();
  param_.Out()->Resize(input_dims);
}
template class ReluOp<CPU, float>;
}  // namespace operators
}  // namespace paddle_mobile

/*
 * @b 每一个 op 都需要注册一下的,
 *    USE_OP的参数 和 REGISTER_OPERATOR的第一个参数 都是需要和model中类型对应起来的
 * */
namespace ops = paddle_mobile::operators;
USE_OP(relu);
REGISTER_OPERATOR(relu, ops::ReluOp);

ReluParam 用于包装参数的结构体

//op_param.h
/*
 * @b op 层实例化好这个 param 传递给 kernel 层使用
 * */
class ReluParam : public OpParam {
 public:
  ReluParam(const VariableNameMap &inputs, const VariableNameMap &outputs,
            const AttributeMap &attrs, const Scope &scope) {
    input_x_ = InputXFrom<Tensor>(inputs, scope);
    out_ = OutFrom<Tensor>(outputs, scope);
  }
  const Tensor *InputX() const { return input_x_; }
  Tensor *Out() const { return out_; }
 private:
  Tensor *input_x_;
  Tensor *out_;
};

kernel 层声明

template <typename DeviceType, typename T>
class ReluKernel : public framework::OpKernelBase<DeviceType, ReluParam> {
 public:
  void Compute(const ReluParam& param) const;
  bool Init(ReluParam* param);
};

特化到 arm 平台

/*
 * @b 特化到具体平台的实现, param 从 op 层传入
 * */
template <>
bool ReluKernel<CPU, float>::Init(ReluParam *param) {
  // 进行一些预处理操作
  return true;
}

/*
 * @b 特化到具体平台的实现, param 从 op 层传入
 * */
template <>
void ReluKernel<CPU, float>::Compute(const ReluParam &param) const {
      // arm 汇编实现 ...
}