如何进行C++代码的异步编程?

如何进行C++代码的异步编程？

在软件开发领域，异步编程（Asynchronous Programming）成为了必备技能之一。它可以更好地平衡CPU密集型操作和IO密集型操作的性能，使程序代码并发或并行执行，进而提高了程序的响应速度和整体性能。目前，异步编程在很多平台和编程语言中都被广泛应用。C++语言作为一种高性能的编程语言，其异步编程模式在很多项目中也得到了广泛使用。本文将介绍C++语言的异步编程方法，希望对大家掌握异步编程有所帮助。

C++11的异步编程方法

C++11标准引入了std::async以进行异步编程。std::async函数用于开启一个新的线程，并返回一个std::future对象，表示异步计算的结果。该函数定义如下：

template< class Function, class... Args >
future<typename result_of<Function(Args...)>::type>
async( launch policy, Function&& f, Args&&... args );

其中，参数policy是启动策略，可选项有std::launch::async和std::launch::deferred，前者表示立即启动异步计算，后者表示延迟启动异步计算；参数f是要执行的函数或函数对象；参数args是函数或函数对象的参数。

使用std::async进行异步编程的示例代码如下：

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

using namespace std;

int async_func(int x, int y)
{
    cout << "async_func start." << endl;
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
    cout << "async_func end." << endl;
    return x + y;
}

int main()
{
    std::future<int> result = std::async(std::launch::async, async_func, 1, 2);
    cout << "main func start." << endl;
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));
    cout << "main func end." << endl;
    int res = result.get();
    cout << "result: " << res << endl;

    return 0;
}

该代码中，我们使用std::async开启了一个异步计算线程，异步执行了async_func函数，参数x和y的值分别传入为1和2，最终返回计算结果。在主线程中，我们先暂停了2秒，等异步计算线程运行结束后，获取计算结果并打印出来。

通过运行以上代码，输出结果如下：

async_func start.
main func start.
async_func end.
main func end.
result: 3

从输出结果可以看出，在异步计算的过程中，主线程并不会阻塞，而是继续执行后续的代码。另外，需要注意的是，如果在异步计算的过程中，程序抛出异常，如果不对异常进行处理，会导致程序崩溃。

C++的定时器异步编程方法

除了使用std::async进行异步编程，C++还提供了其他一些异步编程的方法，如使用系统的定时器进行异步编程。定时器是操作系统中常见的一种机制，用于定时触发某个事件或执行某个任务。在C++中，我们可以使用std::chrono和std::thread库中的相关函数，实现定时器异步编程，如下所示：

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

void timer_func()
{
    std::cout << "timer func called." << std::endl;
}

int main()
{
    int delay_time = 200;
    std::chrono::milliseconds delay(delay_time);
    while(true)
    {
        std::cout << "wait for " << delay_time << " milliseconds." << std::endl;
        std::this_thread::sleep_for(delay);
        timer_func();
    }

    return 0;
}

该示例程序中，我们使用std::this_thread::sleep_for函数，模拟了一个20毫秒的延迟，并在延迟结束后，触发了timer_func函数，实现了定时器异步编程。通过运行以上代码，可以在终端中不停地打印出等待的时间，并周期性地输出“timer func called.”。

需要注意的是，定时器的精度和性能很容易受到各种因素的影响，如操作系统负载、系统时间精度等等。因此，在实际应用中，如果有具体的实时性要求，需要进行一些优化和调整。

结语

异步编程已经成为了软件开发中必备的技能之一。在C++语言中，我们可以使用std::async和系统定时器等机制实现异步编程。在实际编程中，使用异步编程可以更好地利用多核CPU，提高代码的并行或并发性能，减少代码的响应时间。这里本文只介绍了异步编程的基础知识，实际的应用需要配合多线程机制、线程同步机制等技术来完成。在实际应用中需要对相关技术有一些深入的了解和掌握，以避免程序错误和性能问题。

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