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windows C++-并发和异步操作(上)

news 来源：原创 2024/9/21 0:31:13

本文介绍协同例程和 co_await 的概念，我们建议你在 UI 应用程序和非 UI 应用程序中使用它们。为了简单起见，本介绍主题中的大多数代码示例演示了 Windows 控制台应用程序 (C++/WinRT) 项目。本文中后面的代码示例使用协同例程，但为方便起见，控制台应用程序示例还会在退出前继续使用阻止性的 get 函数调用，这样应用程序就不会在显示其输出之前退出。不要通过 UI 线程这样做（调用阻止性的 get 函数），而应使用 co_await 语句。高级并发和异步主题介绍了将要在 UI 应用程序中使用的技术。

下面介绍了可通过 C++/WinRT 创建和使用 Windows 运行时异步对象的部分方式。注意，部分代码可能需要高版本的C++标准才不会报错。

异步操作和 Windows 运行时“Async”函数

有可能需要超过 50 毫秒才能完成的任何 Windows 运行时 API 将实现为异步函数（具有一个以“Async”结尾的名称）。异步函数的实现会启动另一线程上的工作，并且会立即返回表示异步操作的对象。在异步操作完成后，返回的对象会包含从该工作中生成的任何值。 Windows::Foundation Windows 运行时命名空间包含四种类型的异步操作对象。

IAsyncAction；
IAsyncActionWithProgress<TProgress>；
IAsyncOperation<TResult>；
IAsyncOperationWithProgress<TResult, TProgress>；

每种异步操作类型都将投影到 winrt::Windows::Foundation C++/WinRT 命名空间中的相应类型。 C++/WinRT 还包含内部 await 适配器结构。不要直接使用它，但借助该结构，可以编写 co_await 语句以协作等待返回其中一种异步操作类型的任何函数的结果。然后，可以自行创作返回这些类型的协同例程。

异步 Windows 函数的示例是 SyndicationClient::RetrieveFeedAsync，其返回类型 IAsyncOperationWithProgress<TResult, TProgress> 的异步操作对象。

让我们来看一些阻止和不阻止使用 C++/WinRT 来调用类似 API 的方法。我们将在接下来的几个代码示例中使用 Windows 控制台应用程序 (C++/WinRT) 项目，只为说明基本的概念。更适用于 UI 应用程序的技术在高级并发和异步中讨论。

阻塞调用线程

以下代码示例接收来自 RetrieveFeedAsync 的异步操作对象，并且在该对象上调用 get 以阻塞调用线程，直到异步操作的结果可用。

若要将此示例直接复制并粘贴到 Windows 控制台应用程序 (C++/WinRT) 项目的主源代码文件中，请先在项目属性中设置“不使用预编译的头文件”。

// main.cpp
#include <winrt/Windows.Foundation.h>
#include <winrt/Windows.Web.Syndication.h>using namespace winrt;
using namespace Windows::Foundation;
using namespace Windows::Web::Syndication;void ProcessFeed()
{Uri rssFeedUri{ L"https://blogs.windows.com/feed" };SyndicationClient syndicationClient;SyndicationFeed syndicationFeed{ syndicationClient.RetrieveFeedAsync(rssFeedUri).get() };// use syndicationFeed.
}int main()
{winrt::init_apartment();ProcessFeed();
}

调用 get 可以方便编写代码，对于出于任何原因不想使用协同例程的控制台应用或后台线程来说，这是一种理想选择。但这既不是并发也不是异步操作，因此不适合 UI 线程（如果试图在 UI 线程上使用它，会在未优化的版本中触发断言）。为了避免占用 OS 线程执行其他有用的工作，我们需要另一种方法。

编写协同例程

C++/WinRT 将 C++ 协同例程集成到编程模型中以提供协作等待结果的自然方式。可以通过编写协同例程来生成自己的 Windows 运行时异步操作。在以下代码示例中，ProcessFeedAsync 是协同例程。

get 函数位于 C++/WinRT 投影类型 winrt::Windows::Foundation::IAsyncAction 中，因此你可以从任意 C++/WinRT 项目内部调用该函数。你将找不到列为 IAsyncAction 接口成员的函数，因为 get 不属于实际 Windows 运行时类型 IAsyncAction 的应用程序二进制接口 (ABI) 设计面。

// main.cpp
#include <iostream>
#include <winrt/Windows.Foundation.Collections.h>
#include <winrt/Windows.Web.Syndication.h>using namespace winrt;
using namespace Windows::Foundation;
using namespace Windows::Web::Syndication;void PrintFeed(SyndicationFeed const& syndicationFeed)
{for (SyndicationItem const& syndicationItem : syndicationFeed.Items()){std::wcout << syndicationItem.Title().Text().c_str() << std::endl;}
}IAsyncAction ProcessFeedAsync()
{Uri rssFeedUri{ L"https://blogs.windows.com/feed" };SyndicationClient syndicationClient;SyndicationFeed syndicationFeed{ co_await syndicationClient.RetrieveFeedAsync(rssFeedUri) };PrintFeed(syndicationFeed);
}int main()
{winrt::init_apartment();auto processOp{ ProcessFeedAsync() };// do other work while the feed is being printed.processOp.get(); // no more work to do; call get() so that we see the printout before the application exits.
}

协同例程是可以暂停和恢复的函数。在上述 ProcessFeedAsync 协同例程中，当达到 co_await 语句时，该协同例程会异步启动 RetrieveFeedAsync 调用，然后立即暂停自身并将控件返回到调用方（上述示例中为 main）。然后，main 可以继续执行工作，同时将检索并打印提要。完成该操作（RetrieveFeedAsync 调用完成）后，ProcessFeedAsync 协同例程将在下一个语句中恢复。

可以将一个协同例程聚合到其他协同例程中。或者，也可以调用 get 以阻塞和等待其完成（以及获得结果，如果有）。或者，可以将其传递到支持 Windows 运行时的其他编程语言。

也可以通过使用委托来处理异步操作的已完成和/或正在进行中的事件。

正如你所看到的，在上面的代码示例中，我们在退出 main 之前继续使用阻止性的 get 函数调用。但是，这只是为了让应用程序不会在显示其输出之前退出。