17 May 2020

Futures: Threads mit Rückgabewert

Die Arbeit mit Threads ist seit C++11 deutlich einfacher geworden.

Folgendes Beispiel zeigt wie `std::thread` verwendet werden kann:

#include 
#include 
#include 
#include 
std::vector calcPrimes(int maxNumber) {
    std::vector primes;
    for (int c = 2; c <= maxNumber; ++c) {
        bool prime = [&c]()->bool{
            for (int i = 2; i <= sqrt(c); ++i) {
                if (c % i == 0) { return false; }
            }
            return true;
        }();
        if (prime) {
            primes.push_back(c);
        }
    }
    return primes;
}
int main() {
    int maxNumber = 1000000;
    std::vector primes;
    auto t = std::thread([&primes](int n)->void {
        auto calculatedPrimes = calcPrimes(n);
        primes.insert(primes.end(), calculatedPrimes.begin(), calculatedPrimes.end());
    }, maxNumber);
    
	// Do other stuff
    
    t.join();
    std::cout << "Generated " << primes.size() << " primes." << std::endl;
}

Aber dieses Beispiel ist nicht threadsicher.

Um es Threadsicher zu machen müssen wir den Vector `primes` vor konkurrierendem Zugriff schützen.

Ein Beispiel dazu sähe folgendermaßen aus:

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
class ThreadsafePrimeCalculator
{
public:
    void calcPrimes(int maxNumber) {
        if (t.joinable()) t.join();
        t = std::thread([this](int maxNumber) -> void { _calcPrimes(maxNumber); }, maxNumber);
    }
    std::vector getPrimes() {
        if (t.joinable()) t.join();
        std::lock_guard guard{m};
        std::vector copy = primes;
        return std::move(copy);
    }
    ~ThreadsafePrimeCalculator() {
        if (t.joinable()) t.join();
    }
private:
    void _calcPrimes(int maxNumber) {
        std::lock_guard guard{m};
        primes.clear();
        for (int c = 2; c <= maxNumber; ++c) {
            bool prime = [&c]()->bool{
                for (int i = 2; i <= sqrt(c); ++i) {
                    if (c % i == 0) { return false; }
                }
                return true;
            }();
            if (prime) {
                primes.push_back(c);
            }
        }
    }
    std::thread t;
    std::vector primes;
    std::mutex m;
};
int main() {
    int maxNumber = 1000000;
    ThreadsafePrimeCalculator tspc{};
    tspc.calcPrimes(maxNumber);
	// Do other stuff
    std::cout << "Generated " << tspc.getPrimes().size() << " primes." << std::endl;
}

Aber um uns das zu sparen bietet C++ ein anderes Feature: `std::future`

Futures sind Objekte die in der Zukunft ein Ergebnis zurückliefern. Im Grunde sind es Threads mit Rückgabewert.

Das obere Beispiel lässt sich damit Threadsicher umschreiben ohne Lock Guards und Mutex.

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
std::vector calcPrimes(int maxNumber) {
    std::vector primes;
    for (int c = 2; c <= maxNumber; ++c) {
        bool prime = [&c]()->bool{
            for (int i = 2; i <= sqrt(c); ++i) {
                if (c % i == 0) { return false; }
            }
            return true;
        }();
        if (prime) {
            primes.push_back(c);
        }
    }
    return primes;
}
int main() {
    int maxNumber = 1000000;
    auto a = std::async(std::launch::async, calcPrimes, maxNumber);
    // Do other stuff
    std::cout << "Generated " << a.get().size() << " primes." << std::endl;
}

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