【C++11】让多线程开发变得简单--异步操作

CPP开发前沿

发布于 2021-11-16 14:15:53

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发布于 2021-11-16 14:15:53

文章被收录于专栏：CPP开发前沿

C++ 11中提供了异步操作相关类和函数，不同的类具备不同的功能，总体来说类主要有：std::future,std::promise,std::package_task，函数主要是std::async。

1 异步操作类

上面三个类的主要功能是：

std::future：该类主要作为异步结果传输通道，方便获取线程函数的返回值；
std::promise：用来包装一个值，和futre绑定使用，方便线程赋值；
std::package_task：包装一个可调用对象，和future配合使用，方便异步调用。

1.1 std::future

在thread库中提供了该future访问异步操作的结果，由于异步结果不能马上取得，只能在未来某个时候进行获取，这个结果是一个未来值，因此叫做future。通过查询future状态获取结果，future由三种状态组成，分别是：

Deferred：异步操作还没开始
Ready：异步操作已经完成
Timeout：异步操作超时

在实际编码中，可以通过判断这三种内部状态异步获取执行结果。代码示例如下：

std::cout << "checking, please wait";
  std::chrono::milliseconds span (1000);
  do{
      status = fut.wait_for(span);
      if(status == std::future_status::deferred)
      {
          std::cout << "\ndeferred" << std::flush;
      }
      else if(status == std::future_status::timeout)
      {
          std::cout << "\ntimeout" << std::flush;
      }
      else if(status == std::future_status::ready)
      {
          std::cout << "\ready" << std::flush;
      }
  }while(status != std::future_status::ready);

1.2 std::promise

使用std::promise可以实现在两个不同线程之间的数值传递。使用方法如下：

void print_set(std::promise<int> &pro)
{
    std::cout << "set value: " << "100" << '\n';
    pro.set_value(100);
}

void print_int (std::future<int>& fut) {
  int x = fut.get();
  std::cout << "value: " << x << '\n';
}

int main ()
{
  std::promise<int> prom;                  
  std::future<int> fut = prom.get_future();     
  std::thread th2 (print_set, std::ref(prom));  
  std::thread  th1 (print_int, std::ref(fut));                                                
  th1.join();
  th2.join();
  return 0;
}

上面的代码运行结果如下：

set value: 100
value: 100

1.3 std::package_task

和std::promise类似，需要结合future使用，但不同的是std::package_task包装的是一个函数，以此方便异步调用。使用方法如下：

int Add(int x,int y)
{
    return (x+y);
}

int main ()
{
  std::packaged_task<int(int,int)> pFun(Add);              
  std::future<int> fut = pFun.get_future();     
  std::thread th2 (std::move(pFun), 3,2);  
  int iRes = fut.get();
  std::cout<<"iRes="<<iRes<<std::endl;
  th2.join();
  return 0;
}

程序运行结果为：iRes=5

2 异步操作函数：async

相对前面的异步操作类，std::async要高级的多，且可以直接创建异步的task类，异步返回结果保存在future中，在获取线程函数返回结果时，使用get()获取返回值，如果不需要值则使用wait()方法。

std::async原型如下：

future<typename result_of<Fn(Args...)>::type>
    async (launch::async|launch::deferred, Fn&& fn, Args&&... args);

原型参数说明如下：

launch::async: 调用async后就开始启动线程
launch::deferred:延迟启动线程，等到后面调用了wait、get时在启动线程。
fn：线程函数
args：线程函数参数

async基本用法如下：

bool is_prime (int x) {
  std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(3));
  for (int i=2; i<x; ++i) if (x%i==0) return false;
  return true;
}

int main ()
{
  // call function asynchronously:
  std::future<bool> fut = std::async (is_prime,444444443); 
  std::future_status status;
  // do something while waiting for function to set future:
  std::cout << "checking, please wait";
  std::chrono::milliseconds span (1000);
  do{
      status = fut.wait_for(span);
      if(status == std::future_status::deferred)
      {
          std::cout << "\ndeferred" << std::flush;
      }
      else if(status == std::future_status::timeout)
      {
          std::cout << "\ntimeout" << std::flush;
      }
      else if(status == std::future_status::ready)
      {
          std::cout << "\ready" << std::flush;
      }
  }while(status != std::future_status::ready);
  
  bool x = fut.get();     // retrieve return value

  std::cout << "\n444444443 " << (x?"is":"is not") << " prime.\n";

  return 0;
}

上面代码的运行如果为：

checking, please wait
"\n444444443 is prime."

async是更高层次的异步操作，在实际编码时无需关注线程创建细节，就可以方便的获取线程执行状态和结果；一般情况下，默认使用launch::async参数。

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原始发表：2021-10-06，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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