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ROOT/入門/使用 ROOT 的多種方式

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在本節中，我們將瞭解在 ROOT 中執行程式碼的多種方法。

ROOT 命令列

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如果您在終端上啟動 ROOT 會話，您將獲得一個直譯器，它會接受您的程式碼並逐行執行。例如，讓我們嘗試“Hello World”程式

root [0] cout << "hello world!" << endl;
hello world!

嗯，這很簡單吧？讓我們看看發生了什麼。當您按下回車鍵時，第 0 行（由開頭處的 root [0] 指示）被髮送到 CINT，它會立即執行它。CINT 是由 Goto 正治（安捷倫科技）、Philippe Canal 和 Paul Russo（費米實驗室）以及 Leandro Franco、Diego Marcos 和 Axel Naumann（CERN）開發的 C++ 直譯器[1]。直譯器是一種軟體，它逐行執行程式碼，而不是一次編譯所有程式碼。這具有不必等待編譯器並且可以立即看到/檢查結果的優點。另一方面，解釋程式碼比執行編譯後的程式碼要慢得多。

即使您在命令完成之前就按下了回車鍵，直譯器也能智慧地等待您完成命令。當輸入迴圈時，這很有用，我們可以在以下示例中看到

root [1] Float_t u = 0.0;
root [2] for (Int_t i = 0; i < 10; i++) {
root [3] u = 2.0 * cos(u) - sin(u);
root [3] if (u >= 0) {
root [4] cout << u << " is positive" << endl; }
root [5] else {
root [6] cout << u << " is negative" << endl; }
root [7] }
2 is positive
-1.74159 is negative
0.645519 is positive
0.995963 is positive
0.248108 is positive
1.69319 is positive
-1.23669 is negative
1.60055 is positive
-1.05906 is negative
1.85128 is positive

請注意，我在這裡使用了機器無關型別 Float_t 和 Int_t，它們在任何機器上都是相同的。

您還應該注意到 cout、sin() 和 cos() 按預期工作，即使我們從未包含相應的標頭檔案或解析名稱空間。這是因為程式碼沒有被編譯，CINT 知道標準 C++ 函式。

(製作和) 修正錯誤

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使用 ROOT 命令列的另一個好處是，如果您犯了錯誤，您會立即得到通知並可以輕鬆地糾正它。

root [8] cout < "watch out!" << endl;
Error: operator< not defined for basic_ostream<char,char_traits<char> > (tmpfile):1
*** Interpreter error recovered ***
root [9] cout << "watch out!" << endl;
watch out!

在這個例子中，我在第 0 行忘記了第二個 <。直譯器告訴我，我可以透過按向上箭頭鍵來呼叫最後一行，糾正錯誤並再次執行它。

應該說，CINT 非常寬容，允許您使用通常無效的 C++ 輸入。但是，我明確建議不要使用此選項，因為它會使您的程式碼看起來很奇怪，難以理解，更容易失敗，並且如果以後想要編譯，則無法編譯。因此，這些“功能”將不會在此處介紹。

自動完成

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另一個非常有用的工具是自動完成。例如，嘗試輸入 TRa，然後按 Tab 鍵。該詞將完成為 TRandom，這仍然是模稜兩可的。如果您再次按下 Tab 鍵，您將看到直譯器知道的四種可能性。它們是隨機類 TRandom、TRandom1、TRandom2 和 TRandom3。我們稍後會看到它們有什麼用。

特別是如果您想嘗試一些新東西，並且不確定要使用哪些名稱，這可以提供巨大的幫助。

練習：嘗試互動式 ROOT
在互動式 ROOT 會話中：用 機器無關 ROOT 型別 Double_t 填充一個包含 100,000,000 個 64 位浮點數的陣列，用隨機數填充。計算陣列的平均值並將其列印到控制檯。注意計算時間。

提示：您可以透過建立一個指向 TRandom 類例項的指標來獲得隨機實數。（建構函式將一個任意整數作為初始化。）然後您可以呼叫方法 TRandom::Rndm() 來獲取一個簡單的偽隨機數，該隨機數均勻分佈在 0 和 1 之間。例如

TRandom *R = new TRandom(time(0));  // create a pointer to a new instance of TRandom in the heap
cout << R->Rndm() << endl;
[解決方案]

ROOT 宏

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您現在已經瞭解瞭如何使用 ROOT 命令列。這很好，特別是如果您想嘗試一些東西，並且不確定語法。但是，如果您要解決更復雜的問題，您可能希望將您的程式碼儲存在一個可以編輯和多次執行的檔案中。那麼還有什麼比將命令儲存在一個指令碼檔案中並告訴 ROOT 執行它們更方便的呢？我們開始吧

建立一個名為 helloscript.cc 的文字檔案。在這個檔案中，您可以放置您在會話期間可能鍵入的任何命令。為了簡單起見，讓我們先做“Hello World”這件事。在這種情況下，您將編寫

void helloscript()
{
  cout << "hello world!" << endl;
}

指令碼檔案必須包含一個名為與檔案相同的 void 函式。當 ROOT 執行您的指令碼檔案時，它將呼叫此函式。為此，請在您儲存指令碼的目錄中開啟 ROOT 會話並說

root [10] .x helloscript.cc
hello world!

請注意，程式碼仍然逐行解釋，而不是編譯。除了您必須將所有內容放在 void 函式中之外，與使用命令列沒有區別。特別地，不需要解析名稱空間（例如，對於 iostream 中的 cout）。

傳遞引數

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您可以將引數傳遞給您呼叫的宏。考慮以下指令碼

void hello(Int_t times)
{
  for (Int_t i = 0; i < times; i++)
  {
    cout << "hello world!" << endl;
  }
}

您可以透過以下方式呼叫它

root [11] .x hello.cc(3)
hello world!
hello world!
hello world!

甚至可以過載函式。例如，我們可以定義 void hello() 和 void hello(Int_t times)。現在，這兩個呼叫中的任何一個

root [12] .x hello.cc

和

root [13] .x hello.cc(3)

都是合法的。

練習：解釋型 ROOT 宏
  1. 考慮在先前練習中解決的問題。現在編寫一個指令碼，執行與該指令碼相同的事情，並將其作為解釋型宏執行。它執行得更快嗎？
  2. 修改指令碼，以便使用者可以將要建立的隨機數數量作為引數傳遞。
  3. 過載宏，以便仍然可以傳遞數字數量，但如果未給出引數，則將生成 100,000,000 個數字。
[解決方案]

動態編譯程式碼

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宏對於您在開始時想要做的幾乎所有事情都很好。但它們有一個巨大的缺點：它們執行緩慢！（有些人還觀察到在某些情況下出現奇怪的行為&#133;）然而，ROOT 實現了非常複雜的例程，以確保充分利用機器的資源。要使用它們，您必須編譯您的程式碼。

我們只是看一下我們之前編寫的指令碼。為了使其成為有效的 C++，我們現在必須瞭解名稱空間和標頭檔案。（如果您以前使用過 CINT 仍然接受的混亂程式碼——我警告過您——那麼您現在必須糾正它。否則 AcLiC 將無法編譯。）因此，我們修改後的檔案應該看起來像這樣

# include <iostream>

using namespace std;

void helloscript()
{
  cout << "hello world!" << endl;
}

現在我們可以透過以下方式執行它

root [14] .x helloscript.cc+

當然，輸出結果是一樣的。末尾的“+”告訴 ROOT 在執行之前編譯程式碼。這是由一個名為 ACLiC（“Automatic Compiler of Libraries for CINT”）的程式完成的。ACLiC 是一個智慧工具，它利用您安裝的編譯器構建並重用來自編譯程式碼的庫。但是，您也可以透過在末尾新增“++”來告訴 ACLiC 即使不需要也從頭構建庫。

另一個好訊息是，即使您以 ACLiC 可以編譯的方式修改了指令碼，仍然可以

  • 傳遞引數。語法：.x <script>.cc+(<parameter>)
  • 透過 CINT 解釋它，而無需編譯。
練習：編譯後的 ROOT 宏
使用 您之前編寫的指令碼 並修改它，以便它可以透過 ACLiC 作為編譯後的宏執行。
  • 確保使用和不使用引數呼叫都仍然有效。
  • 在您更改指令碼後，它還能被 CINT 解釋嗎？
  • 編譯後的宏對於 100 000 000 個數字的效能如何？對於 5 個數字，哪種更快？
[解決方案]

構建獨立應用程式

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執行 ROOT 程式碼最先進的方式是將其製作成獨立應用程式。請記住，ROOT 本質上是一組 C++ 類。這些類可用於構建全新的應用程式，這些應用程式可以編譯和執行，而無需再依賴原始的 ROOT 安裝。我將展示如何使用 g++ 進行編譯。

要在我們的檔案上執行 g++，它必須符合 C++ 標準。特別是，它必須包含一個 int main() 函式。當然，可以簡單地將以前的 void 方法重新命名，但有一個更優雅的方法。如果我們重新命名該函式，則程式碼可以編譯，但不再可以解釋。（在解釋程式碼中不允許使用名為 int main() 的函式，因為它會與 CINT 的內部函式衝突。）值得慶幸的是，CINT 定義了預處理變數 __CINT__。瞭解這一點後，我們可以新增一個 main 函式，該函式只有在 g++ 處理程式碼時才可見，而在 CINT 處理程式碼時不可見。以下是一個示例

# include <iostream>

using namespace std;

void hello()
{
  cout << "hello world!" << endl;
}

# ifndef __CINT__
int main()
{
  hello();
  return 0;
}
# endif

從 CINT 的角度來看，該檔案根本沒有改變。當 g++ 編譯它時，它將使 main 呼叫 void 函式，這正是 CINT 通常會做的事情。

要編譯該檔案，請說

g++ -o hello hello.cc `root-config --cflags --glibs`

然後用以下命令執行它

./hello

根本不需要關心 ROOT。在編譯時，ROOT 會為您確保所有連結都正確設定。

但是，您可能會有點失望，因為我們實際上寫的只是一個 hello world 程式，它根本沒有使用任何 ROOT 資源。好吧，這裡還有一個簡單的示例，它使用內建的資料型別 Double_t 和隨機類 TRandom。

# include <iostream>
# include "TRandom.h"

using namespace std;

void test()
{
  TRandom *rnd = new TRandom(time(0));
  Double_t x = rnd->Rndm();
  cout << "x = " << x << endl;
}

# ifndef __CINT__
int main()
{
  test();
  return 0;
}
# endif
練習：一個簡單的獨立應用程式
再次考慮 您應該之前編寫的程式碼 以計算一組隨機數的平均值。現在，最後但並非最不重要的一點是，將其製作成一個獨立的應用程式，並使其獨立於任何 ROOT 會話執行。確保引數傳遞仍然有效。檢查應用程式的效能。還要注意您的修改不會干擾 CINT 或 ACLiC 的解釋或即時編譯。
[解決方案]

參考文獻

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  1. ↑ CERN: CINT. http://root.cern.ch/drupal/content/cint
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