演练：实现 Future

  • 项目

本主题演示如何在应用程序中实现未来。 本主题演示如何在并发运行时中将现有功能合并为执行更多操作的功能。

重要

为了便于演示，本主题阐释将来的概念。 当你需要可计算值以供以后使用的异步任务时，我们建议使用 std::future 或 concurrency::task。

任务是一种计算，可以分解其它更精细的计算。 未来是一个异步任务，它计算一个值以供以后使用。

为了实现未来，本主题定义 async_future 类。 async_future 类使用并发运行时的这些组件：concurrency::task_group 类和 concurrency::single_assignment 类。 async_future 类使用 task_group 类异步计算值，使用 single_assignment 类存储计算结果。 async_future 类的构造函数采用计算结果的工作函数，并采用 get 方法检索结果。

实现 async_future 类

  1. 声明一个名为 async_future 的模板类，该类在生成计算的类型上进行了参数化。 将 public 和 private 节添加到此类。
template <typename T>
class async_future
{
public:
private:
};
  1. 在 async_future 类的 private 部分，声明一个 task_group 和一个 single_assignment 数据成员。
// Executes the asynchronous work function.
task_group _tasks;

// Stores the result of the asynchronous work function.
single_assignment<T> _value;
  1. 在 async_future 类的 public 节中，实现构造函数。 构造函数是在计算结果的工作函数上进行参数化的模板。 构造函数在 task_group 数据成员中异步执行工作函数，并使用 concurrency::send 函数将结果写入 single_assignment 数据成员。
template <class Functor>
explicit async_future(Functor&& fn)
{
   // Execute the work function in a task group and send the result
   // to the single_assignment object.
   _tasks.run([fn, this]() {
      send(_value, fn());
    });
}
  1. 在 async_future 类的 public 部分中，实现析构函数。 析构函数等待任务完成。
~async_future()
{
   // Wait for the task to finish.
   _tasks.wait();
}
  1. 在 async_future 类的 public 节中，实现 get 方法。 此方法使用 concurrency::receive 函数来检索工作函数的结果。
// Retrieves the result of the work function.
// This method blocks if the async_future object is still 
// computing the value.
T get()
{ 
   return receive(_value); 
}

示例

说明

以下示例显示了完整的 async_future 类及其用法示例。 wmain 函数创建一个包含 10,000 个随机整数值的 std::vector 对象。 然后它使用 async_future 对象来查找包含在 vector 对象中的最小值和最大值。

代码

// futures.cpp
// compile with: /EHsc
#include <ppl.h>
#include <agents.h>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <numeric>
#include <random>

using namespace concurrency;
using namespace std;

template <typename T>
class async_future
{
public:
   template <class Functor>
   explicit async_future(Functor&& fn)
   {
      // Execute the work function in a task group and send the result
      // to the single_assignment object.
      _tasks.run([fn, this]() {
         send(_value, fn());
       });
   }

   ~async_future()
   {
      // Wait for the task to finish.
      _tasks.wait();
   }

   // Retrieves the result of the work function.
   // This method blocks if the async_future object is still 
   // computing the value.
   T get()
   { 
      return receive(_value); 
   }

private:
   // Executes the asynchronous work function.
   task_group _tasks;

   // Stores the result of the asynchronous work function.
   single_assignment<T> _value;
};

int wmain()
{
   // Create a vector of 10000 integers, where each element 
   // is between 0 and 9999.
   mt19937 gen(2);
   vector<int> values(10000);   
   generate(begin(values), end(values), [&gen]{ return gen()%10000; });

   // Create a async_future object that finds the smallest value in the
   // vector.
   async_future<int> min_value([&]() -> int { 
      int smallest = INT_MAX;
      for_each(begin(values), end(values), [&](int value) {
         if (value < smallest)
         {
            smallest = value;
         }
      });
      return smallest;
   });
   
   // Create a async_future object that finds the largest value in the
   // vector.
   async_future<int> max_value([&]() -> int { 
      int largest = INT_MIN;
      for_each(begin(values), end(values), [&](int value) {
         if (value > largest)
         {
            largest = value;
         } 
      });
      return largest;
   });

   // Calculate the average value of the vector while the async_future objects
   // work in the background.
   int sum = accumulate(begin(values), end(values), 0);
   int average = sum / values.size();

   // Print the smallest, largest, and average values.
   wcout << L"smallest: " << min_value.get() << endl
         << L"largest:  " << max_value.get() << endl
         << L"average:  " << average << endl;
}

注释

该示例产生下面的输出：

smallest: 0
largest:  9999
average:  4981

此示例使用 async_future::get 方法检索计算结果。 如果计算仍然处于活动状态，则 async_future::get 方法将等待计算完成。

可靠编程

若要扩展 async_future 类以处理工作函数引发的异常，请修改 async_future::get 方法以便调用 concurrency::task_group::wait 方法。 task_group::wait 方法会引发工作函数生成的任何异常。

以下示例显示了 async_future 类的修改版本。 wmain 函数使用 try-catch 块来打印 async_future 对象的结果或打印由工作函数生成的异常的值。

// futures-with-eh.cpp
// compile with: /EHsc
#include <ppl.h>
#include <agents.h>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <iostream>

using namespace concurrency;
using namespace std;

template <typename T>
class async_future
{
public:
   template <class Functor>
   explicit async_future(Functor&& fn)
   {
      // Execute the work function in a task group and send the result
      // to the single_assignment object.
      _tasks.run([fn, this]() {
         send(_value, fn());
       });
   }

   ~async_future()
   {
      // Wait for the task to finish.
      _tasks.wait();
   }

   // Retrieves the result of the work function.
   // This method blocks if the async_future object is still
   // computing the value.
   T get()
   { 
      // Wait for the task to finish.
      // The wait method throws any exceptions that were generated
      // by the work function.
      _tasks.wait();

      // Return the result of the computation.
      return receive(_value);
   }

private:
   // Executes the asynchronous work function.
   task_group _tasks;

   // Stores the result of the asynchronous work function.
   single_assignment<T> _value;
};

int wmain()
{
   // For illustration, create a async_future with a work 
   // function that throws an exception.
   async_future<int> f([]() -> int { 
      throw exception("error");
   });

   // Try to read from the async_future object. 
   try
   {
      int value = f.get();
      wcout << L"f contains value: " << value << endl;
   }
   catch (const exception& e)
   {
      wcout << L"caught exception: " << e.what() << endl;
   }
}

该示例产生下面的输出：

caught exception: error

有关并发运行时中异常处理模型的更多信息，请参阅异常处理。

编译代码

复制示例代码，并将它粘贴到 Visual Studio 项目中，或粘贴到名为 futures.cpp 的文件中，再在 Visual Studio 命令提示符窗口中运行以下命令。

cl.exe /EHsc futures.cpp

另请参阅

并发运行时演练
异常处理
task_group 类
single_assignment 类