一種基于模板元編程的量綱檢測方法

2．5 數(shù)學(xué)運算函數(shù)的量綱包裝
對于指數(shù)、對數(shù)、三角函數(shù)等已有的數(shù)學(xué)運算函數(shù)，其參數(shù)與返回值都是沒有單位量綱的，不能直接用于有量綱的公式計算。針對這個問題，．TADA方法提供了這些函數(shù)的量綱包裝，以sqrt和sin為例如下：

2．6 輔助工具
TADA方法還提供了一些輔助工具，用于將量綱變量以適合閱讀的方式顯示出來，例如：

可以得到這樣的輸出結(jié)果：0.2米/秒2
2．7 分析和評估
在TADA方法的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了面向C／C++程序的量綱檢測系統(tǒng)(TADA系統(tǒng))，并對TADA系統(tǒng)的檢測能力進行了分析和評估。
首先采用TADA系統(tǒng)來檢測下面的樣例程序。

在TADA系統(tǒng)中，Visual Studio 2003編譯該程序會出現(xiàn)類似如下的錯誤信息，錯誤信息的第3行就表明了unit．epp的第9行有錯誤。

在檢測能力方面，采用文獻的樣例程序?qū)A-DA系統(tǒng)和Osprey系統(tǒng)的量綱檢測能力進行了對比評估。在文獻中，Osprey共找到了3個錯誤，其中前2個是單位誤用錯誤，第3個是單位轉(zhuǎn)換比例因子錯誤。TADA系統(tǒng)也完全找到了前2個錯誤，而第3個錯誤在標(biāo)注時被避免掉了，因為該單位系統(tǒng)包含了量綱之間的比例因子，能夠進行自動的單位轉(zhuǎn)換。
在性能和可擴展性方面，TADA系統(tǒng)能夠更有效地實現(xiàn)對c／c++程序的量綱檢測。Osprey系統(tǒng)引入了具有較高計算復(fù)雜度的線性方程組求解步驟，需要很大的計算和時間開銷來解線性解方程組。TADA系統(tǒng)基于模板元編程技術(shù)，只需要利用語言自身的語法能力，靠編譯器進行單位量綱檢查，沒有帶來太多額外的復(fù)雜計算。并且TADA系統(tǒng)不會帶來任何程序的運行時開銷。因此TADA系統(tǒng)可適用于各種規(guī)模的C／C++程序，具有更好的性能和可擴展性。
在易用性方面，TADA系統(tǒng)的標(biāo)注負擔(dān)與Osprey系統(tǒng)相當(dāng)。由于TADA系統(tǒng)利用C++編譯器的功能進行錯誤檢測，而C++編譯器遇到模板錯誤時的錯誤信息卻不很直觀，錯誤報告的可讀性較弱，但仍可以快速定位到錯誤點。

3 結(jié) 語
這里提出一種新穎的基于模板元編程的單位量綱檢測方法TADA，并基于該方法實現(xiàn)了一個單位量綱檢測系統(tǒng)。
TADA方法采用模板元編程技術(shù)，使得經(jīng)過單位量綱標(biāo)注的受測程序仍然是一個完整、合法、可編譯的C／C++程序，無需維護多套程序代碼，也無需進行復(fù)雜的解方程組運算，就能夠在程序代碼中發(fā)現(xiàn)量綱錯誤，具有良好的實用性和可擴展性，可以有效適用于多種規(guī)模程序的量綱檢測。