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DFPatternFunctor遍历计算图

news 来源：原创 2025/6/8 11:30:47

文件：include/tvm/relay/dataflow_pattern_functor.h

功能：定义 DFPatternFunctor 基类，为 DFPattern 提供访问者模式(Visitor Pattern)的实现框架，支持对不同类型的模式节点进行差异化处理。

继承关系：

template <typename R, typename... Args>
class DFPatternFunctor<R(const DFPattern& n, Args...)>

DFPatternFunctor 类概括

DFPatternFunctor 是一个用于处理深度学习中计算图模式匹配的访问者模式(Visitor Pattern)实现，它是TVM(深度学习编译器)框架中的一个重要组件。下面我将从多个方面详细解析这个类的设计和实现。

class DFPatternFunctor;// functions to be overriden.
#define DFPATTERN_FUNCTOR_DEFAULT \{ return VisitDFPatternDefault_(op, std::forward<Args>(args)...); }#define RELAY_DFPATTERN_FUNCTOR_DISPATCH(OP)                                                    \vtable.template set_dispatch<OP>([](const ObjectRef& n, TSelf* self, Args... args) {          \return self->VisitDFPattern_(static_cast<const OP*>(n.get()), std::forward<Args>(args)...); \});template <typename R, typename... Args>
class DFPatternFunctor<R(const DFPattern& n, Args...)> {private:using TSelf = DFPatternFunctor<R(const DFPattern& n, Args...)>;using FType = tvm::NodeFunctor<R(const ObjectRef& n, TSelf* self, Args...)>;public:/*! \brief virtual destructor */virtual ~DFPatternFunctor() {}/*!* \brief Same as call.* \param n The expression node.* \param args Additional arguments.* \return The result of the call*/R operator()(const DFPattern& n, Args... args) {return VisitDFPattern(n, std::forward<Args>(args)...);}/*!* \brief The functor call.* \param n The expression node.* \param args Additional arguments.* \return The result of the call*/virtual R VisitDFPattern(const DFPattern& n, Args... args) {CHECK(n.defined());static FType vtable = InitVTable();return vtable(n, this, std::forward<Args>(args)...);}// Functions that can be overriden by subclassvirtual R VisitDFPattern_(const AltPatternNode* op, Args... args) DFPATTERN_FUNCTOR_DEFAULT;virtual R VisitDFPattern_(const AttrPatternNode* op, Args... args) DFPATTERN_FUNCTOR_DEFAULT;virtual R VisitDFPattern_(const CallPatternNode* op, Args... args) DFPATTERN_FUNCTOR_DEFAULT;virtual R VisitDFPattern_(const DataTypePatternNode* op, Args... args) DFPATTERN_FUNCTOR_DEFAULT;virtual R VisitDFPattern_(const DominatorPatternNode* op, Args... args) DFPATTERN_FUNCTOR_DEFAULT;virtual R VisitDFPattern_(const ExprPatternNode* op, Args... args) DFPATTERN_FUNCTOR_DEFAULT;virtual R VisitDFPattern_(const ShapePatternNode* op, Args... args) DFPATTERN_FUNCTOR_DEFAULT;virtual R VisitDFPattern_(const TupleGetItemPatternNode* op,Args... args) DFPATTERN_FUNCTOR_DEFAULT;virtual R VisitDFPattern_(const TuplePatternNode* op, Args... args) DFPATTERN_FUNCTOR_DEFAULT;virtual R VisitDFPattern_(const TypePatternNode* op, Args... args) DFPATTERN_FUNCTOR_DEFAULT;virtual R VisitDFPattern_(const VarPatternNode* op, Args... args) DFPATTERN_FUNCTOR_DEFAULT;virtual R VisitDFPattern_(const ConstantPatternNode* op, Args... args) DFPATTERN_FUNCTOR_DEFAULT;virtual R VisitDFPattern_(const WildcardPatternNode* op, Args... args) DFPATTERN_FUNCTOR_DEFAULT;virtual R VisitDFPatternDefault_(const Object* op, Args...) {LOG(FATAL) << "Do not have a default for " << op->GetTypeKey();throw;}private:// initialize the vtable.static FType InitVTable() {FType vtable;// Set dispatchRELAY_DFPATTERN_FUNCTOR_DISPATCH(AltPatternNode);RELAY_DFPATTERN_FUNCTOR_DISPATCH(AttrPatternNode);RELAY_DFPATTERN_FUNCTOR_DISPATCH(CallPatternNode);RELAY_DFPATTERN_FUNCTOR_DISPATCH(ConstantPatternNode);RELAY_DFPATTERN_FUNCTOR_DISPATCH(DataTypePatternNode);RELAY_DFPATTERN_FUNCTOR_DISPATCH(DominatorPatternNode);RELAY_DFPATTERN_FUNCTOR_DISPATCH(ExprPatternNode);RELAY_DFPATTERN_FUNCTOR_DISPATCH(ShapePatternNode);RELAY_DFPATTERN_FUNCTOR_DISPATCH(TupleGetItemPatternNode);RELAY_DFPATTERN_FUNCTOR_DISPATCH(TuplePatternNode);RELAY_DFPATTERN_FUNCTOR_DISPATCH(TypePatternNode);RELAY_DFPATTERN_FUNCTOR_DISPATCH(VarPatternNode);RELAY_DFPATTERN_FUNCTOR_DISPATCH(WildcardPatternNode);return vtable;}
};

1. 模板定义

template <typename R, typename... Args>
class DFPatternFunctor<R(const DFPattern& n, Args...)> {

这是一个模板类，接受两个模板参数：
- R: 表示访问者函数的返回类型
- Args...: 表示可变数量的额外参数类型
模板特化为函数类型 R(const DFPattern& n, Args...)，表示这是一个接受DFPattern和额外参数的函数对象

2. 内部类型定义

private:using TSelf = DFPatternFunctor<R(const DFPattern& n, Args...)>;using FType = tvm::NodeFunctor<R(const ObjectRef& n, TSelf* self, Args...)>;

TSelf: 定义当前类的类型别名，简化代码
FType: 定义TVM内部的节点函数类型，它接受:
- ObjectRef& n: 待处理的节点
- TSelf* self: 访问者对象自身
- Args...: 可变参数

3. 核心方法

3.1 操作符重载

R operator()(const DFPattern& n, Args... args) {return VisitDFPattern(n, std::forward<Args>(args)...);
}

重载函数调用操作符()，使得对象可以像函数一样被调用
将调用转发给VisitDFPattern方法
使用std::forward完美转发参数，保持参数的值类别(左值/右值)

3.2 主访问方法

virtual R VisitDFPattern(const DFPattern& n, Args... args) {CHECK(n.defined());static FType vtable = InitVTable();return vtable(n, this, std::forward<Args>(args)...);
}

虚函数，可以被派生类重写
首先检查节点是否有效(n.defined())
初始化虚函数表(vtable)
通过虚函数表分发到具体的处理函数

3.3 默认实现方法

virtual R VisitDFPatternDefault_(const Object* op, Args...) {LOG(FATAL) << "Do not have a default for " << op->GetTypeKey();throw;
}

当遇到未知节点类型时的默认处理方法
记录致命错误并抛出异常

4. 虚函数表初始化

static FType InitVTable() {FType vtable;// Set dispatchRELAY_DFPATTERN_FUNCTOR_DISPATCH(AltPatternNode);RELAY_DFPATTERN_FUNCTOR_DISPATCH(AttrPatternNode);// ...其他节点类型的注册return vtable;
}

静态方法，初始化虚函数表
使用宏RELAY_DFPATTERN_FUNCTOR_DISPATCH为每种DFPattern节点类型注册处理函数
这些宏通常会展开为将节点类型与对应的VisitDFPattern_方法关联起来的代码

5. 节点处理方法

virtual R VisitDFPattern_(const AltPatternNode* op, Args... args) DFPATTERN_FUNCTOR_DEFAULT;
virtual R VisitDFPattern_(const AttrPatternNode* op, Args... args) DFPATTERN_FUNCTOR_DEFAULT;
// ...其他节点类型的处理方法

每个方法对应一种特定的DFPattern节点类型
使用DFPATTERN_FUNCTOR_DEFAULT宏(可能定义为= 0或默认实现)来指定默认行为
派生类可以重写这些方法来提供特定于节点类型的处理逻辑

6. 设计模式分析

这个类实现了访问者模式的变体，具有以下特点：

双重分发:
第一次分发：通过 虚函数表（vtable） 根据 DFPattern 的具体类型（如 CallPatternNode、VarPatternNode 等）选择对应的 VisitDFPattern_ 方法。
第二次分发：调用具体的 VisitDFPattern_ 方法（如 VisitDFPattern_(const CallPatternNode* op, Args...)），执行真正的处理逻辑。

流程图

+--------------------------+
|  调用 operator()(n, args)  |
+--------------------------+|v
+--------------------------+
| VisitDFPattern(n, args)   |  // 第一次分发：查虚函数表
+--------------------------+|v
+--------------------------+
| vtable(n, this, args)     |  // 根据 n 的类型找到对应的 VisitDFPattern_
+--------------------------+|v
+--------------------------+
| VisitDFPattern_(op, args) |  // 第二次分发：执行具体逻辑
+--------------------------+|v
+--------------------------+
|  返回结果 R               |
+--------------------------+

class DFPatternVisitor : public DFPatternFunctor<void(const DFPattern&)> {public:void VisitDFPattern(const DFPattern& pattern) override;void VisitDFPattern_(const AltPatternNode* op) override;void VisitDFPattern_(const AttrPatternNode* op) override;void VisitDFPattern_(const CallPatternNode* op) override;void VisitDFPattern_(const ConstantPatternNode* op) override;void VisitDFPattern_(const DataTypePatternNode* op) override;void VisitDFPattern_(const DominatorPatternNode* op) override;void VisitDFPattern_(const ExprPatternNode* op) override;void VisitDFPattern_(const ShapePatternNode* op) override;void VisitDFPattern_(const TupleGetItemPatternNode* op) override;void VisitDFPattern_(const TuplePatternNode* op) override;void VisitDFPattern_(const TypePatternNode* op) override;void VisitDFPattern_(const VarPatternNode* op) override;void VisitDFPattern_(const WildcardPatternNode* op) override;protected:// set of already-visited nodesstd::unordered_set<const Object*> visited_;
};}  // namespace relay
}  // namespace tvm
#endif  // TVM_RELAY_DATAFLOW_PATTERN_FUNCTOR_H_

扩展性:
- 可以轻松添加新的节点类型处理方法
- 派生类只需重写感兴趣的方法
类型安全:
- 使用模板确保类型安全
- 每个节点类型有专门的处理方法

7. 使用场景

这个类主要用于：

模式匹配：在深度学习计算图中查找特定模式
模式转换：修改或重写计算图模式
模式分析：收集关于计算图模式的统计信息或属性

8. 技术细节

完美转发:
- 使用std::forward保持参数的值类别
- 允许传递左值或右值参数
虚函数表:
- 使用TVM内部的NodeFunctor实现动态分发
- 比传统的虚函数更灵活，可以在运行时修改
类型系统:
- 充分利用C++的类型系统为每种节点类型提供类型安全的接口

这个设计展示了TVM框架如何高效地处理复杂的计算图操作，同时保持代码的可扩展性和类型安全。

DFPatternFunctor遍历计算图

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