C++笔记之std::async的用法

C++笔记之std::async的用法

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1.概念

std::async 是 C++ 标准库中的一个函数，用于创建异步任务，允许在另一个线程中执行函数，并返回一个 std::future 对象，以便获取函数的结果。std::async 的一般用法如下：

#include 
#include 

// 一个简单的函数，用于演示 std::async
int foo(int x, int y) {
    return x + y;
}

int main() {
    // 使用 std::async 创建异步任务
    std::future<int> result = std::async(foo, 3, 4);

    // 等待异步任务完成并获取结果
    int sum = result.get();

    std::cout << "Sum: " << sum << std::endl;
    
    return 0;
}

上述示例中，std::async 接受一个函数（foo）和它的参数，并在后台创建一个新线程来执行该函数。函数执行完毕后，可以使用 std::future 对象的 get() 方法来获取函数的返回值。

以下是 std::async 的一些重要注意事项和用法：

1. 返回值类型：std::async 返回一个 std::future 对象，可以用于获取异步任务的返回值。

2. 默认策略：std::async 可以接受一个可选的策略参数，例如 std::launch::async 和 std::launch::deferred，用于指定任务是立即在新线程中执行还是延迟执行。如果不提供策略，默认行为由实现决定。

3. 异常处理：如果异步任务抛出异常，std::future 对象的 get() 方法会重新抛出该异常。因此，需要适当地处理异常，或者使用 std::future 的 wait() 和 wait_for() 方法来检查任务是否出现异常。

4. 返回值的共享和移动语义：根据策略，std::async 可能共享或移动参数，因此要小心在异步任务中使用共享数据。

5. 后台线程管理：std::async 会自动创建和管理后台线程，但不提供对线程的直接控制。如果需要更多的线程控制功能，可以考虑使用 std::thread。

6. 取消任务：C++标准库在std::async中不提供直接的取消任务的机制，因此需要通过其他方式来实现任务的取消。

2.C++ 异步任务的使用示例 - 使用 std::async 和 std::future

运行(GIF动图)

代码

#include 
#include 

int main() {
    // 使用std::async创建一个异步任务，并返回一个std::future对象
    std::future<int> future_result = std::async(std::launch::async, []() {
        // 模拟一个耗时操作，返回一个结果
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));
        return 42;
    });

    std::cout << "Waiting for the future to become ready..." << std::endl;

    // 使用std::future::get()等待任务完成并获取结果
    int result = future_result.get();

    std::cout << "Async task result: " << result << std::endl;

    return 0;
}

3. std::launch::async 和 std::launch::deferred

std::launch::async 和 std::launch::deferred 是用于控制 std::async 函数的执行策略的标志，它们决定了异步任务的行为。这两个标志可以作为 std::launch 枚举类型的成员来使用。以下是它们的详细解释：

1. std::launch::async：

   • 当使用 std::launch::async 标志调用 std::async 时，函数将在新的线程中立即执行，即使没有调用 std::future 对象的 get() 方法也会执行。
   • 这意味着任务会异步执行，不会阻塞当前线程，而是在后台创建一个新线程来执行任务。
   • 如果你希望任务尽快执行，并且可以与其他操作并发执行，可以选择此策略。

2. std::launch::deferred：

   • 当使用 std::launch::deferred 标志调用 std::async 时，函数不会立即执行，而是等待调用 std::future 对象的 get() 方法时再执行。
   • 这意味着任务会延迟执行，直到你真正需要结果为止。如果未调用 get()，任务可能根本不会执行。
   • 这种策略适用于需要懒惰地计算结果的情况，以节省计算资源。

默认情况下，如果不指定策略，std::async 的行为由 C++ 标准库实现决定，可以是 std::launch::async 也可以是 std::launch::deferred，取决于具体实现。因此，为了明确指定策略，你可以使用以下方式：

std::future<int> result = std::async(std::launch::async, foo, 3, 4); // 强制使用 std::launch::async

std::future<int> result = std::async(std::launch::deferred, foo, 3, 4); // 强制使用 std::launch::deferred

需要注意的是，使用 std::launch::async 策略可能会导致并发执行的线程数增加，而使用 std::launch::deferred 策略可能会导致任务延迟执行，因此需要根据具体情况选择适当的策略。

下面是一个完整的比较 std::launch::async 和 std::launch::deferred 策略的示例程序：

#include 
#include 

int foo(int x, int y) {
    std::cout << "foo is running in thread " << std::this_thread::get_id() << std::endl;
    return x + y;
}

int main() {
    // 使用 std::launch::async 策略，任务会立即在新线程中执行
    std::cout << "Using std::launch::async:" << std::endl;
    std::future<int> async_result = std::async(std::launch::async, foo, 3, 4);

    // 使用 std::launch::deferred 策略，任务会延迟执行，直到调用 get() 方法
    std::cout << "Using std::launch::deferred:" << std::endl;
    std::future<int> deferred_result = std::async(std::launch::deferred, foo, 3, 4);

    // 主线程继续执行其他工作
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));
    
    // 获取 std::launch::async 的结果（可能已经执行完毕）
    int async_sum = async_result.get();
    std::cout << "Result from std::launch::async: " << async_sum << std::endl;

    // 获取 std::launch::deferred 的结果（现在才执行）
    int deferred_sum = deferred_result.get();
    std::cout << "Result from std::launch::deferred: " << deferred_sum << std::endl;
    
    return 0;
}

在这个示例中，我们首先使用 std::launch::async 和 std::launch::deferred 策略调用了 foo 函数。foo 函数会输出当前线程的标识符。然后，主线程休眠了2秒钟以模拟其他工作。

接着，我们分别调用 async_result.get() 和 deferred_result.get() 来获取两种策略下的结果。你会注意到，std::launch::async 的任务会立即执行（可能已经执行完毕），而 std::launch::deferred 的任务直到调用 get() 时才会执行。

这个示例演示了 std::launch::async 和 std::launch::deferred 的不同行为，以及如何使用它们来控制异步任务的执行方式。

4.如果需要真正的异步，请指定std::launch::async