MPI 广播一个数组代码示例

1.基本广播操作 (MPI_Bcast)#include stdio.h #include stdlib.h #include mpi.h int main(int argc, char** argv) { MPI_Init(argc, argv); int rank, size; MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, rank); MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, size); int n 10; // 数组长度 int* array NULL; // 根进程通常是 rank 0初始化数组 if (rank 0) { array (int*)malloc(n * sizeof(int)); for (int i 0; i n; i) { array[i] i * 10; // 示例数据 } printf(Rank %d: Initialized array: , rank); for (int i 0; i n; i) { printf(%d , array[i]); } printf(\n); } else { // 其他进程分配内存 array (int*)malloc(n * sizeof(int)); } // 广播数组长度先广播长度再广播数据 MPI_Bcast(n, 1, MPI_INT, 0, MPI_COMM_WORLD); // 广播整个数组 MPI_Bcast(array, n, MPI_INT, 0, MPI_COMM_WORLD); // 所有进程打印接收到的数组 printf(Rank %d: Received array: , rank); for (int i 0; i n; i) { printf(%d , array[i]); } printf(\n); free(array); MPI_Finalize(); return 0; }2.动态数组广播长度未知#include stdio.h #include stdlib.h #include mpi.h int main(int argc, char** argv) { MPI_Init(argc, argv); int rank, size; MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, rank); MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, size); int* array NULL; int n 0; // 根进程确定数组长度和内容 if (rank 0) { // 假设根据某些条件确定长度 n size * 3; // 示例每个进程处理3个元素 array (int*)malloc(n * sizeof(int)); for (int i 0; i n; i) { array[i] i * 5; } printf(Root: Broadcasting array of size %d\n, n); } // 第一步广播数组长度 MPI_Bcast(n, 1, MPI_INT, 0, MPI_COMM_WORLD); // 非根进程分配内存 if (rank ! 0) { array (int*)malloc(n * sizeof(int)); } // 第二步广播数组数据 MPI_Bcast(array, n, MPI_INT, 0, MPI_COMM_WORLD); // 验证广播结果 printf(Rank %d: First element %d, Last element %d\n, rank, array[0], array[n-1]); free(array); MPI_Finalize(); return 0; }3.二维数组广播#include stdio.h #include stdlib.h #include mpi.h int main(int argc, char** argv) { MPI_Init(argc, argv); int rank; MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, rank); int rows 3, cols 4; int** matrix NULL; // 根进程初始化矩阵 if (rank 0) { matrix (int**)malloc(rows * sizeof(int*)); for (int i 0; i rows; i) { matrix[i] (int*)malloc(cols * sizeof(int)); for (int j 0; j cols; j) { matrix[i][j] i * cols j; } } printf(Root matrix:\n); for (int i 0; i rows; i) { for (int j 0; j cols; j) { printf(%2d , matrix[i][j]); } printf(\n); } } // 广播维度信息 int dims[2]; if (rank 0) { dims[0] rows; dims[1] cols; } MPI_Bcast(dims, 2, MPI_INT, 0, MPI_COMM_WORLD); rows dims[0]; cols dims[1]; // 非根进程分配内存 if (rank ! 0) { matrix (int**)malloc(rows * sizeof(int*)); for (int i 0; i rows; i) { matrix[i] (int*)malloc(cols * sizeof(int)); } } // 逐行广播二维数组在内存中不连续 for (int i 0; i rows; i) { MPI_Bcast(matrix[i], cols, MPI_INT, 0, MPI_COMM_WORLD); } // 验证结果 printf(Rank %d: matrix[1][2] %d\n, rank, matrix[1][2]); // 清理内存 for (int i 0; i rows; i) { free(matrix[i]); } free(matrix); MPI_Finalize(); return 0; }4.使用派生数据类型广播连续内存块#include stdio.h #include stdlib.h #include mpi.h typedef struct { int id; double value; char name[20]; } Data; int main(int argc, char** argv) { MPI_Init(argc, argv); int rank; MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, rank); int count 5; Data* data_array NULL; // 创建派生数据类型 MPI_Datatype MPI_DATA_TYPE; int blocklengths[3] {1, 1, 20}; MPI_Aint displacements[3]; MPI_Datatype types[3] {MPI_INT, MPI_DOUBLE, MPI_CHAR}; Data dummy; MPI_Get_address(dummy.id, displacements[0]); MPI_Get_address(dummy.value, displacements[1]); MPI_Get_address(dummy.name, displacements[2]); // 计算相对位移 for (int i 2; i 0; i--) { displacements[i] - displacements[0]; } MPI_Type_create_struct(3, blocklengths, displacements, types, MPI_DATA_TYPE); MPI_Type_commit(MPI_DATA_TYPE); // 根进程初始化数据 if (rank 0) { data_array (Data*)malloc(count * sizeof(Data)); for (int i 0; i count; i) { data_array[i].id i; data_array[i].value i * 1.5; sprintf(data_array[i].name, Item_%d, i); } } else { data_array (Data*)malloc(count * sizeof(Data)); } // 广播数据 MPI_Bcast(data_array, count, MPI_DATA_TYPE, 0, MPI_COMM_WORLD); // 验证结果 printf(Rank %d: Data[2] {id:%d, value:%.2f, name:%s}\n, rank, data_array[2].id, data_array[2].value, data_array[2].name); free(data_array); MPI_Type_free(MPI_DATA_TYPE); MPI_Finalize(); return 0; }5.编译和运行# 编译 mpicc -o broadcast_array broadcast_array.c # 运行使用4个进程 mpirun -np 4 ./broadcast_array # 或指定机器文件 mpirun -np 4 -machinefile hosts.txt ./broadcast_array6.MPI 广播的知识点总结MPI_Bcast 参数int MPI_Bcast(void *buffer, // 数据缓冲区 int count, // 元素数量 MPI_Datatype datatype, // 数据类型 int root, // 根进程rank MPI_Comm comm) // 通信域广播步骤根进程准备数据非根进程分配内存广播长度信息如果需要广播数据本身内存管理所有进程都需要为接收的数据分配内存广播前内存必须已分配广播后所有进程的数据完全相同性能考虑大数组广播可能成为性能瓶颈考虑使用 scatter/gather 或特定模式对于非常大的数据可能需要分段广播错误处理检查内存分配是否成功验证广播返回值确保所有进程使用相同的参数这个示例展示了 MPI 中广播数组的基本用法可以根据实际需求进行调整和优化。