C++
Futures und Versprechen

Einführung

std :: future und std :: versprechen

Im folgenden Beispiel wird ein Versprechen für einen anderen Thread festgelegt:

    {
        auto promise = std::promise<std::string>();
        
        auto producer = std::thread([&]
        {
            promise.set_value("Hello World");
        });
        
        auto future = promise.get_future();
        
        auto consumer = std::thread([&]
        {
            std::cout << future.get();
        });
        
        producer.join();
        consumer.join();
}

Verzögertes asynchrones Beispiel

Dieser Code implementiert eine Version von std::async , verhält sich jedoch so, als würde async immer mit der deferred async aufgerufen. Diese Funktion hat auch kein besonderes future Verhalten von async . Die zurückgegebene future kann zerstört werden, ohne jemals ihren Wert zu erlangen.

template<typename F>
auto async_deferred(F&& func) -> std::future<decltype(func())>
{
    using result_type = decltype(func());

    auto promise = std::promise<result_type>();
    auto future  = promise.get_future();

    std::thread(std::bind([=](std::promise<result_type>& promise)
    {
        try
        {
            promise.set_value(func()); 
            // Note: Will not work with std::promise<void>. Needs some meta-template programming which is out of scope for this example.
        }
        catch(...)
        {
            promise.set_exception(std::current_exception());
        }
    }, std::move(promise))).detach();

    return future;
}

std :: packaged_task und std :: future

std::packaged_task bündelt eine Funktion und das zugehörige Versprechen für den Rückgabetyp:

template<typename F>
auto async_deferred(F&& func) -> std::future<decltype(func())>
{
    auto task   = std::packaged_task<decltype(func())()>(std::forward<F>(func));
    auto future = task.get_future();

    std::thread(std::move(task)).detach();

    return std::move(future);
}

Der Thread läuft sofort an. Wir können es entweder entfernen oder am Ende des Bereichs hinzufügen. Wenn der Funktionsaufruf von std :: thread beendet ist, ist das Ergebnis fertig.

Beachten Sie, dass sich dies geringfügig von std::async wo das zurückgegebene std::future bei der Zerstörung tatsächlich blockiert wird, bis der Thread beendet ist.

std :: future_error und std :: future_errc

Wenn Einschränkungen für std :: promise und std :: future nicht erfüllt sind, wird eine Ausnahme vom Typ std :: future_error ausgelöst.

Der Fehlercode-Member in der Ausnahme ist vom Typ std :: future_errc. Die Werte lauten wie folgt und einige Testfälle:

enum class future_errc {
    broken_promise             = /* the task is no longer shared */,
    future_already_retrieved   = /* the answer was already retrieved */,
    promise_already_satisfied  = /* the answer was stored already */,
    no_state                   = /* access to a promise in non-shared state */
};

Inaktives Versprechen:

int test()
{
    std::promise<int> pr;
    return 0; // returns ok
}

Aktives Versprechen, nicht genutzt:

  int test()
    {
        std::promise<int> pr;
        auto fut = pr.get_future(); //blocks indefinitely!
        return 0; 
    }

Doppelabruf:

int test()
{
    std::promise<int> pr;
    auto fut1 = pr.get_future();

    try{
        auto fut2 = pr.get_future();    //   second attempt to get future
        return 0;
    }
    catch(const std::future_error& e)
    {
        cout << e.what() << endl;       //   Error: "The future has already been retrieved from the promise or packaged_task."
        return -1;
    }
    return fut2.get();
}

Std :: Versprechen zweimal einstellen:

int test()
{
    std::promise<int> pr;
    auto fut = pr.get_future();
    try{
        std::promise<int> pr2(std::move(pr));
        pr2.set_value(10);
        pr2.set_value(10);  // second attempt to set promise throws exception
    }
    catch(const std::future_error& e)
    {
        cout << e.what() << endl;       //   Error: "The state of the promise has already been set."
        return -1;
    }
    return fut.get();
}

std :: future und std :: async

Im folgenden naiven Parallel Merge Sort-Beispiel wird std::async zum Starten mehrerer paralleler merge_sort-Tasks verwendet. std::future wird verwendet, um auf die Ergebnisse zu warten und sie zu synchronisieren:

#include <iostream>
using namespace std;


void merge(int low,int mid,int high, vector<int>&num)
{
    vector<int> copy(num.size());
    int h,i,j,k;
    h=low;
    i=low;
    j=mid+1;
    
    while((h<=mid)&&(j<=high))
    {
        if(num[h]<=num[j])
        {
            copy[i]=num[h];
            h++;
        }
        else
        {
            copy[i]=num[j];
            j++;
        }
        i++;
    }
    if(h>mid)
    {
        for(k=j;k<=high;k++)
        {
            copy[i]=num[k];
            i++;
        }
    }
    else
    {
        for(k=h;k<=mid;k++)
        {
            copy[i]=num[k];
            i++;
        }
    }
    for(k=low;k<=high;k++)
        swap(num[k],copy[k]);
}


void merge_sort(int low,int high,vector<int>& num)
{
    int mid;
    if(low<high)
    {
        mid = low + (high-low)/2;
        auto future1    =  std::async(std::launch::deferred,[&]()
                                      {
                                        merge_sort(low,mid,num);
                                      });
        auto future2    =  std::async(std::launch::deferred, [&]()
                                       {
                                          merge_sort(mid+1,high,num) ;
                                       });
        
        future1.get();
        future2.get();
        merge(low,mid,high,num);
    }
}

Hinweis: Im Beispiel wird std::async mit der Richtlinie std::launch_deferred . Dadurch wird vermieden, dass bei jedem Aufruf ein neuer Thread erstellt wird. In unserem Beispiel sind die Aufrufe von std::async nicht in der std::async Reihenfolge, sie synchronisieren sich bei den Aufrufen von std::future::get() .

std::launch_async bei jedem Aufruf ein neuer Thread erstellt.

Die Standardrichtlinie lautet std::launch::deferred| std::launch::async , dh die Implementierung bestimmt die Richtlinie zum Erstellen neuer Threads.

Async-Operationsklassen

• std :: async: führt eine asynchrone Operation aus.
• std :: future: ermöglicht den Zugriff auf das Ergebnis einer asynchronen Operation.
• std :: promise: packt das Ergebnis einer asynchronen Operation.
• std :: packaged_task: bündelt eine Funktion und das zugehörige Versprechen für den Rückgabetyp.