一種基于模板元編程的量綱檢測方法

2．5 數學(xué)運算函數的量綱包裝
對于指數、對數、三角函數等已有的數學(xué)運算函數，其參數與返回值都是沒(méi)有單位量綱的，不能直接用于有量綱的公式計算。針對這個(gè)問(wèn)題，．TADA方法提供了這些函數的量綱包裝，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(lái)，例如：

可以得到這樣的輸出結果：0.2米/秒2
2．7 分析和評估
在TADA方法的基礎上，實(shí)現了面向C／C++程序的量綱檢測系統(TADA系統)，并對TADA系統的檢測能力進(jìn)行了分析和評估。
首先采用TADA系統來(lái)檢測下面的樣例程序。

在TADA系統中，Visual Studio 2003編譯該程序會(huì )出現類(lèi)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對TA-DA系統和Osprey系統的量綱檢測能力進(jìn)行了對比評估。在文獻中，Osprey共找到了3個(gè)錯誤，其中前2個(gè)是單位誤用錯誤，第3個(gè)是單位轉換比例因子錯誤。TADA系統也完全找到了前2個(gè)錯誤，而第3個(gè)錯誤在標注時(shí)被避免掉了，因為該單位系統包含了量綱之間的比例因子，能夠進(jìn)行自動(dòng)的單位轉換。
在性能和可擴展性方面，TADA系統能夠更有效地實(shí)現對c／c++程序的量綱檢測。Osprey系統引入了具有較高計算復雜度的線(xiàn)性方程組求解步驟，需要很大的計算和時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)來(lái)解線(xiàn)性解方程組。TADA系統基于模板元編程技術(shù)，只需要利用語(yǔ)言自身的語(yǔ)法能力，靠編譯器進(jìn)行單位量綱檢查，沒(méi)有帶來(lái)太多額外的復雜計算。并且TADA系統不會(huì )帶來(lái)任何程序的運行時(shí)開(kāi)銷(xiāo)。因此TADA系統可適用于各種規模的C／C++程序，具有更好的性能和可擴展性。
在易用性方面，TADA系統的標注負擔與Osprey系統相當。由于TADA系統利用C++編譯器的功能進(jìn)行錯誤檢測，而C++編譯器遇到模板錯誤時(shí)的錯誤信息卻不很直觀(guān)，錯誤報告的可讀性較弱，但仍可以快速定位到錯誤點(diǎn)。

3 結 語(yǔ)
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(shí)現了一個(gè)單位量綱檢測系統。
TADA方法采用模板元編程技術(shù)，使得經(jīng)過(guò)單位量綱標注的受測程序仍然是一個(gè)完整、合法、可編譯的C／C++程序，無(wú)需維護多套程序代碼，也無(wú)需進(jìn)行復雜的解方程組運算，就能夠在程序代碼中發(fā)現量綱錯誤，具有良好的實(shí)用性和可擴展性，可以有效適用于多種規模程序的量綱檢測。