可変サイズ配列の最大サイズの指定

可変サイズ配列の配列サイズを制限するには、以下のいずれかを行います。

•  assert ステートメントを使用して配列サイズを制限する

  配列サイズを指定する変数がコンパイル時の定数でない場合は、assert ステートメントを関係演算子とともに使用して、変数を制限します。このようにすると、コード ジェネレーターが配列の最大サイズを判別できるようになります。

  次の例では、assert ステートメントを使用して配列サイズを制限しています。

  •  配列サイズが入力変数によって指定される場合

    入力変数 N で配列 y を初期化する関数 array_init を定義します。

    function y = array_init (N) 
      assert(N <= 25); % Generates exception if N > 25
      y = zeros(1,N); 

    assert ステートメントでは、入力 N は最大サイズの 25 に制限されます。assert ステートメントが存在しない場合、生成コードでは、y が配列へのポインターに割り当てられ、このようにして動的メモリ割り当てが可能になります。

  •  入力変数を使用して計算によって配列サイズが得られる場合

    2 つの入力変数 M と N を取り込み、その積を使用して配列 y の最大サイズを指定する関数 array_init_from_prod を定義します。

    function y = array_init_from_prod (M,N)
       size=M*N;
       assert(size <= 25); % Generates exception if size > 25 
       y=zeros(1,size);

    assert ステートメントでは、M と N の積は最大 25 に制限されます。

    また、M と N を個別に制限すると、動的メモリ割り当てが発生します。

    function y = array_init_from_prod (M,N)
       assert(M <= 5);
       assert(N <= 5);
       size=M*N;
       y=zeros(1,size);

    このコードでは N と M はどちらも制限なしの負の値を設定できるため、動的メモリ割り当てが発生します。したがって、それぞれが正の値に制限されているとしても、その積は制限のない正になります。

    ヒント

    配列サイズの指定に使用する直前で、変数に assert ステートメントを置きます。

  ヒント

  ほとんどの場合、assert ステートメントを使用して、配列サイズを制限できます。ループ内で配列を拡張するとき、ループの実行回数が実行時にしかわからない場合、この手法は有効ではありません。

•  上限を指定した coder.varsize の使用によるループ内での連結の制限

  連結によって配列を、初期サイズを超えて拡張できます。ループ内で追加要素を連結する場合、配列を拡張するための 2 つの構文規則があります。

  1.  初期化時の配列サイズがコンパイル時の定数ではない

     初期化時の配列のサイズがコンパイル時の定数ではない場合、追加要素を連結することによって配列を拡張できます。

     function out=ExpandArray(in) % Expand an array by five elements
       out = zeros(1,in);
       for i=1:5
          out = [out 0];
       end 

  2.  初期化時の配列サイズがコンパイル時の定数である

     要素を連結する前に、coder.varsize を使用して配列を可変サイズとして宣言しなければなりません。

     function out=ExpandArray() % Expand an array by five elements
       out = zeros(1,5);
       coder.varsize('out');
       for i=1:5
          out = [out 0];
       end 

  どちらの場合でも、動的メモリ割り当てが発生します。このような場合に動的メモリ割り当てを防ぐには、明示的な上限を指定して coder.varsize を使用します。この例では、明示的な上限を指定して coder.varsize を使用する方法を示します。

  例1 上限を指定した coder.varsize の使用による連結の制限

  1. 配列の N 要素のサブセットのランニング平均を計算する関数 RunningAverage を定義します。

       function avg=RunningAverage(N) 
     
     % Array whose elements are to be averaged
       NumArray=[1 6 8 2 5 3]; 
     
     % Initialize average:
     % These will also be the first two elements of the function output
       avg=[0 0];
     
     % Place a bound on the argument
       coder.varsize('avg',[1 8]);
     
     % Loop to calculate running average
       for i=1:N
         s=0;
         s=s+sum(NumArray(1:i));
         avg=[avg s/i]; 
       % Increase the size of avg as required by concatenation
       end
     

     出力 avg は、ランニング平均の格納に必要な分だけ拡張可能な配列です。新しいランニング平均が計算されると、連結によって配列 avg にその分が追加され、これによって配列が拡張されます。

     ランニング平均の最大数は NumArray の要素数に等しいため、coder.varsize ステートメントで avg の明示的な上限を指定できます。この例では、上限は 8 です (2 つの初期要素と、NumArray の 6 つの要素)。

  2. double 型の入力引数をもつ RunningAverage のコードを生成します。

     codegen -config:lib -report RunningAverage -args 2

     生成されたコードで avg はサイズ 8 の配列に割り当てられます (静的メモリ割り当て)。RunningAverage の関数定義は以下のようになります (組み込み C 型を使用)。

     void RunningAverage (double N, double avg_data[8], int avg_size[2])

  3. 一方、明示的な上限を削除する場合は、生成されたコードで avg は動的に割り当てられます。

     以下のステートメント

     coder.varsize('avg',[1 8]);
     

     を次に置き換えます。

     coder.varsize('avg');

  4. double 型の入力引数をもつ RunningAverage のコードを生成します。

     codegen -config:lib -report RunningAverage -args 2

     生成されたコードで avg は配列へのポインターに割り当てられ、これによって動的メモリ割り当てが可能になります。RunningAverage の関数定義は以下のようになります (組み込み C 型を使用)。

     void Test(double N, emxArray_real_T *avg)

     メモ

     次の assert ステートメントの前に coder.varsize('avg') を置いた場合にも、動的メモリ割り当てが発生します。

     assert(N < 6);

     assert ステートメントでは、ループ内の連結回数が制限されません。

•  行列の再配列時の配列サイズの制限

  ステートメント out = reshape(in,m,n,...) は配列 in を引数として受け取り、配列 out を返します。この配列は in と同じ要素をもちますが、m x n x ... の行列として形状変更されます。サイズ変数 m,n,... のいずれかがコンパイル時の定数ではない場合、out の動的メモリ割り当てが行われます。

  動的メモリ割り当てを回避するには、assert ステートメントを reshape ステートメントの前に使用して、サイズ変数 m,n,... を numel(in) に制限します。この例では、assert ステートメントを reshape ステートメントの前に使用する方法を示します。

  例2 指定された行数への行列の再配列

  1. 入力変数 N を受け取り、行列 mat が N 行になるように形状変更する関数 ReshapeMatrix を定義します。

       function [out1,out2] = ReshapeMatrix(N)
     
       mat = [1 2 3 4 5; 4 5 6 7 8] 
     % Since mat has 10 elements, N must be a factor of 10 
     % to pass as argument to reshape
     
       out1 = reshape(mat,N,[]);   
     % N is not restricted
     
       assert(N < numel(mat));
     % N is restricted to number of elements in mat
       out2 = reshape(mat,N,[]);

  2. codegen コマンドを使用して ReshapeArray のコードを生成します (入力引数を 10 の約数にする必要はありません)。

     codegen -config:lib -report ReshapeArray -args 3

     out1 が動的に割り当てられる一方で、out2 は生成されたコードでサイズ 100 (=10 行 10 列) の配列に割り当てられます。

     ヒント

     システムでメモリが制限されている場合は、assert ステートメントをこの方法で使用しないでください。n 要素の行列の場合、assert ステートメントは、n 行 n 列の行列を作成するため、大きくなる可能性があります。

参考

トピック

• 動的メモリ割り当ての最小化
• コード生成時の動的メモリ割り当ての無効化
• 動的メモリ割り当てしきい値の設定
• 動的メモリの割り当てとパフォーマンス