halide编程技术指南（连载一）

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Halide是一种编程语言，使得在现代机器上编写高性能图像和数组处理代码更加容易。Halide支持如下的平台：

 

CPU体系结构：X86，ARM，MIPS，Hexagon，PowerPC

操作系统：Linux，Windows，macOS，Android，iOS，Qualcomm QuRT

GPU计算API：CUDA，OpenCL，OpenGL，OpenGL计算着色器，Apple Metal，Microsoft Direct X 12

Halide并不是独立的编程语言，而是嵌入在C ++中。 这意味可以像编写c++代码一样编写halide代码，然后，可以将该表示形式编译为目标文件，或对其进行JIT编译并在同一过程中运行。

 

如果你想用普通的CPU做加速，又不想去优化算法，那么halide将是非常优秀的选择。唯一要做的，就是把算法用halide重写一遍即可。而且，halide重写的算法，就跟你正常理解的是完全一样的，不需要拐弯抹角。这在图像处理中非常有用。

 

笔者使用halide已经一年有余了，觉得很有必要对其做个介绍，尤其是使用方法的介绍。Halide的英文教程可以参考：

https://halide-lang.org/tutorials/tutorial_introduction.html

API可以参考：

https://halide-lang.org/docs/

 

但是，对于初学者来说，知道怎么用，然后去看API才是重点。

 

笔者针对官方教程做定向翻译，难懂的地方再加标注。最后手把手教你写一个图像高斯模糊的halide程序。如果你觉得中文的就是垃圾，可以去参考英文的原版。

 

第一章 基本定义

如果想用halide，只需要包含这个头文件即可。

#include "Halide.h"

当然，在halide中，也可以包含C语言的头文件。例如包含,使用printf函数

#include

我们用一个main函数来展开。

int main(int argc, char **argv) {
    // 这个主函数定义了一个图像处理通道，用于获得灰度图像的对角梯度
    // 'Func'对象代表一个处理管道，它规定了每个像素因该是怎么样的数据，可以理解为就是一幅处理后的图。例如opencv中的cv::mat
    Halide::Func gradient;

    // ‘Var’对象实际上就是类型，就像我们常说的int,float等。它本身是没有任何含义的。
    Halide::Var x, y;

    // 我们用x和y来表示图像的x轴和y轴，按照我们处理图像的惯常思维，x就是图像列的索引，y就是图像行的索引。
    // 就这些变量和其他函数而言，Func在其变量的任何整数坐标处定义为Expr。 在这里，我们将定义一个Expr，其值为x + y。 Var具有适当的运算符重载，因此“ x + y”之类的表达式成为“ Expr”对象。可以理解为表达式，或数学函数。
    Halide::Expr e = x + y;

// 现在我们为’Func’对象gradient进行定义。在x,y像素处，图像的像素值是Expr e的值。在等式的左边，就是我们定义的Func gradient对象和Vars变量x,y,在等式的右边就是用相同的Vars x，y定义的Expr e对象，
    gradient(x, y) = e;

    // 同样可以写为:
    //   gradient(x, y) = x + y;
    // 这是更为一般的形式，但是为了完整起见，在此显示中间量Expr e。
    // 该行代码定义了Func，但实际上并没有计算输出图像。在此阶段，内存中只有Funcs，Exprs和Vars，代表了我们成像管道的结构。我们正在元编程。这个C ++程序正在内存中构造一个Halide程序。而真正的像素数据计算紧随其后。

    // 现在我们“实现” Func，JIT编译一些代码以实现我们定义的管道，然后运行它。我们还需要告诉Halide评估Func的域，该域确定上述x和y的范围以及输出图像的分辨率。Halide.h还提供了我们可以使用的基本模板图像类型。例如，我们生成一个800 x 600的图像，就需要定义一个域，也就是一个模板buffer。
    Halide::Buffer output = gradient.realize(800, 600);

    // Halide确实为您键入推断。Var对象代表32位整数，因此Expr对象'x + y'也代表32位整数，因此'gradient'定义了32位图像，因此当出现以下情况时，我们得到了32位有符号整数图像 我们称之为“实现”。halide类型和类型转换规则等效于C。
    // 下面这个是验证程序，以期上面的结果跟下面展开的结果是一样的。
    for (int j = 0; j < output.height(); j++) {
        for (int i = 0; i < output.width(); i++) {
            // 我们可以使用类似的语法来定义和使用函数，来访问Buffer对象的像素。
            if (output(i, j) != i + j) {
                printf("Something went wrong!\n"
                       "Pixel %d, %d was supposed to be %d, but instead it's %d\n",
                       i, j, i+j, output(i, j));
                return -1;
            }
        }
    }
    // 一切正常！ 我们定义了一个Func，然后在其上调用“ realize”以生成并运行产生Buffer的机器代码。（暂且不说）
    printf("Success!\n");
    return 0;
}