future：std::shared_future::get

引入

在现代C++编程中，特别是在涉及多线程操作时，管理异步任务的结果愈发显得重要。虽然std::future提供了一种获取异步结果的手段，但它的一个限制在于每个std::future对象只能被调用一次。因此，当多个线程需要访问同一个异步计算的结果时，使用std::shared_future变得尤为必要。std::shared_future<T>::get允许多个线程共享对同一结果的访问，从而为异步编程提供了一种灵活而便捷的方式。本文将深入探讨 std::shared_future<T>::get 的特性、用法、完整示例代码及其适用场景分析。

特性/函数/功能语法介绍

std::shared_future<T>::get 的主要特性包括：

• 多线程访问：允许多个线程同时读取相同的异步结果，这是std::future所不具备的功能。
• 线程安全：对共享结果的访问是线程安全的，多个线程同时调用不会导致数据竞态。
• 一次性读取：虽然可以有多个shared_future实例指向同一结果，但结果只能被读取一次，之后将自动标记为无效。

语法

使用 std::shared_future<T>::get 的基本形式如下：

#include <future>

std::shared_future<int> future;
// 获取结果
int result = future.get();

完整示例代码

以下是一个示例，展示了如何使用 std::shared_future<T>::get 来共享异步计算的结果：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <future>
#include <chrono>

int computeSum(int a, int b) {
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(3)); // 模拟耗时计算
    return a + b; // 返回两数之和
}

int main() {
    // 创建一个packaged_task
    std::packaged_task<int(int, int)> task(computeSum);
    std::shared_future<int> sharedFut = task.get_future().share(); // 将future转换为shared_future

    // 启动线程执行任务
    std::thread t(std::move(task), 5, 7); // 计算 5 + 7

    // 创建多个线程共享结果
    auto readResult = [&](int threadId) {
        std::cout << "Thread " << threadId << " waiting for the result..." << std::endl;
        int result = sharedFut.get(); // 读取共享结果
        std::cout << "Thread " << threadId << " got the result: " << result << std::endl;
    };

    std::thread t1(readResult, 1);
    std::thread t2(readResult, 2);

    t.join(); // 等待计算线程完成
    t1.join(); // 等待第一个读取线程完成
    t2.join(); // 等待第二个读取线程完成

    return 0;
}

代码解析

在上述示例中，我们用到了 std::shared_future<T>::get 来共享异步任务的计算结果。

1. 创建Packaged Task：

   • 首先，创建一个 std::packaged_task<int(int, int)> task(computeSum); 用于绑定计算逻辑，该函数计算两个整数的和。

2. 获取shared_future：

   • 通过 task.get_future().share(); 将普通的 future 转换为 shared_future，以便多个线程可以共享结果。

3. 启动计算线程：

   • 通过 std::thread t(std::move(task), 5, 7); 启动计算线程，传递参数 5 和 7。

4. 创建读取线程：

   • 使用lambda表达式 readResult 来读取并打印结果。启动多个线程 t1 和 t2，它们都调用 sharedFut.get(); 获取共享的结果。

5. 等待线程结束：

   • 调用 join() 方法确保所有线程正确结束，确保没有资源泄露。

适用场景分析

std::shared_future<T>::get 在多线程编程中具有多种应用场景，包括：

1. 共享计算结果：适用于多个部分或模块的数据依赖相同异步结果的场景，尤其在执行相同的计算时，多线程设计可以减少重复计算。

2. 异步任务管理：在应用中，能够高效地处理多个异步读操作，这在数据处理框架或某种并行计算模型中尤为常见。

3. 高性能应用设计：在需要提高程序性能和响应力度的场合，减轻线程间的同步负担仍然依然可行的一种设计理念。

总结

std::shared_future<T>::get 是 C++ 标准库中一个极具便利性的特性，允许多个线程安全且高效地共享获取异步计算的结果。通过本文的示例和解析，我们展示了如何实现该功能，并强调了它在多线程编程中的重要性和适用场景。在实际开发中，合理地利用 shared_future 不仅可以提升程序的运行效率和组织结构，也有助于减少代码的复杂性。在不断变化和发展的现代 C++ 编程环境中，掌握这一特性会为开发者提供更加灵活的并发编程能力。