windows C++ 并行编程-并发和UWP(二)

news2024/9/23 15:23:43

下面例程用于演示在UWP中进行并发编程。

示例: 创建 C++ Windows 运行时组件并从 C# 中使用它

假设有一个使用 XAML 和 C# 的应用，可用它来定义 UI 和 C++ Windows 运行时组件以执行计算密集型操作。 在此示例中，C++ 组件会计算给定范围中的哪些数字是质数。 若要阐释四个 Windows 运行时异步任务接口之间的差异，首先在 Visual Studio 中创建一个“空白解决方案”并将其命名为 Primes。 然后在解决方案中添加一个“Windows 运行时组件” 项目并命名为 PrimesLibrary。 将以下代码添加到生成的 C++ 标头文件中（本示例将 Class1.h 重命名为 Primes.h）。 每个 public 方法定义四个异步接口之一。 返回一个值的方法将返回一个 Windows::Foundation::Collections::IVector<int> 对象。 报告进度的方法生成 double 值，这些值定义了已完成的整体工作的百分比。

#pragma once

namespace PrimesLibrary
{
    public ref class Primes sealed
    {
    public:
        Primes();

        // Computes the numbers that are prime in the provided range and stores them in an internal variable.
        Windows::Foundation::IAsyncAction^ ComputePrimesAsync(int first, int last);

        // Computes the numbers that are prime in the provided range and stores them in an internal variable.
        // This version also reports progress messages.
        Windows::Foundation::IAsyncActionWithProgress<double>^ ComputePrimesWithProgressAsync(int first, int last);

        // Gets the numbers that are prime in the provided range.
        Windows::Foundation::IAsyncOperation<Windows::Foundation::Collections::IVector<int>^>^ GetPrimesAsync(int first, int last);

        // Gets the numbers that are prime in the provided range. This version also reports progress messages.
        Windows::Foundation::IAsyncOperationWithProgress<Windows::Foundation::Collections::IVector<int>^, double>^ GetPrimesWithProgressAsync(int first, int last);
    };
}

按照约定，Windows 运行时中的异步方法名称通常以“Async”结尾。

将以下代码添加到生成的 C++ 头文件中（本示例将 Class1.cpp 重命名为 Primes.cpp）。 is_prime 函数将确定其输入是否为质数。 剩余方法实现 Primes 类。 对 create_async 的每次调用将使用一个与调用它的方法兼容的签名。 例如，因为 Primes::ComputePrimesAsync 返回 IAsyncAction，提供给 create_async 的工作函数不返回值并且不采用 progress_reporter 对象作为其参数。

// PrimesLibrary.cpp
#include "pch.h"
#include "Primes.h"
#include <atomic>
#include <collection.h>
#include <ppltasks.h>
#include <concurrent_vector.h>

using namespace concurrency;
using namespace std;

using namespace Platform;
using namespace Platform::Collections;
using namespace Windows::Foundation;
using namespace Windows::Foundation::Collections;

using namespace PrimesLibrary;

Primes::Primes()
{
}

// Determines whether the input value is prime. 
bool is_prime(int n)
{
    if (n < 2)
    {
        return false;
    }
    for (int i = 2; i < n; ++i)
    {
        if ((n % i) == 0)
        {
            return false;
        }
    }
    return true;
}

// Adds the numbers that are prime in the provided range  
// to the primes global variable.
IAsyncAction^ Primes::ComputePrimesAsync(int first, int last)
{
    return create_async([this, first, last]
    {
        // Ensure that the input values are in range. 
        if (first < 0 || last < 0)
        {
            throw ref new InvalidArgumentException();
        }
        // Perform the computation in parallel.
        parallel_for(first, last + 1, [this](int n)
        {
            if (is_prime(n))
            {
                // Perhaps store the value somewhere...
            }
        });
    });
}

IAsyncActionWithProgress<double>^ Primes::ComputePrimesWithProgressAsync(int first, int last)
{
    return create_async([first, last](progress_reporter<double> reporter)
    {
        // Ensure that the input values are in range.
        if (first < 0 || last < 0)
        {
            throw ref new InvalidArgumentException();
        }
        // Perform the computation in parallel. 
        atomic<long> operation = 0;
        long range = last - first + 1;
        double lastPercent = 0.0;
        parallel_for(first, last + 1, [&operation, range, &lastPercent, reporter](int n)
        {
            // Report progress message.
            double progress = 100.0 * (++operation) / range;
            if (progress >= lastPercent)
            {
                reporter.report(progress);
                lastPercent += 1.0;
            }

            if (is_prime(n))
            {
                // Perhaps store the value somewhere...
            }
        });
        reporter.report(100.0);
    });
}

IAsyncOperation<IVector<int>^>^ Primes::GetPrimesAsync(int first, int last)
{
    return create_async([this, first, last]() -> IVector<int>^
    {
        // Ensure that the input values are in range. 
        if (first < 0 || last < 0)
        {
            throw ref new InvalidArgumentException();
        }
        // Perform the computation in parallel.
        concurrent_vector<int> primes;
        parallel_for(first, last + 1, [this, &primes](int n)
        {
            // If the value is prime, add it to the global vector.
            if (is_prime(n))
            {
                primes.push_back(n);
            }
        });
        // Sort the results.
        sort(begin(primes), end(primes), less<int>());

        // Copy the results to an IVector object. The IVector 
        // interface makes collections of data available to other 
        // Windows Runtime components.
        auto results = ref new Vector<int>();
        for (int prime : primes)
        {
            results->Append(prime);
        }
        return results;
    });
}

IAsyncOperationWithProgress<IVector<int>^, double>^ Primes::GetPrimesWithProgressAsync(int first, int last)
{
    return create_async([this, first, last](progress_reporter<double> reporter) -> IVector<int>^
    {
        // Ensure that the input values are in range.
        if (first < 0 || last < 0)
        {
            throw ref new InvalidArgumentException();
        }
        // Perform the computation in parallel.
        concurrent_vector<int> primes;
        long operation = 0;
        long range = last - first + 1;
        double lastPercent = 0.0;
        parallel_for(first, last + 1, [&primes, &operation, range, &lastPercent, reporter](int n)
        {
            // Report progress message.
            double progress = 100.0 * (++operation) / range;
            if (progress >= lastPercent)
            {
                reporter.report(progress);
                lastPercent += 1.0;
            }

            // If the value is prime, add it to the local vector. 
            if (is_prime(n))
            {
                primes.push_back(n);
            }
        });
        reporter.report(100.0);

        // Sort the results.
        sort(begin(primes), end(primes), less<int>());

        // Copy the results to an IVector object. The IVector 
        // interface makes collections of data available to other 
        // Windows Runtime components.
        auto results = ref new Vector<int>();
        for (int prime : primes)
        {
            results->Append(prime);
        }
        return results;
    });
}

每个方法会首先执行验证以确保输入参数为非负值。 如果输入值为负，则方法会引发 Platform::InvalidArgumentException。 本节后面部分会对错误处理进行说明。

若要在 UWP 应用中使用这些方法，请使用 Visual C#“空白应用程序(XAML)”模板将另一个项目添加到 Visual Studio 解决方案中。 此示例将项目命名为 Primes。 然后，从 Primes 项目中将一个引用添加到 PrimesLibrary 项目中。

将以下代码添加到 MainPage.xaml。 此代码定义了 UI，因此可以调用 C++ 组件并显示结果。

<Page
    x:Class="Primes.MainPage"
    xmlns="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml/presentation"
    xmlns:x="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml"
    xmlns:local="using:Primes"
    xmlns:d="http://schemas.microsoft.com/expression/blend/2008"
    xmlns:mc="http://schemas.openxmlformats.org/markup-compatibility/2006"
    mc:Ignorable="d">

    <Grid Background="{StaticResource ApplicationPageBackgroundThemeBrush}">
        <Grid.ColumnDefinitions>
            <ColumnDefinition Width="300"/>
            <ColumnDefinition Width="300"/>
        </Grid.ColumnDefinitions>
        <Grid.RowDefinitions>
            <RowDefinition Height="125"/>
            <RowDefinition Height="125"/>
            <RowDefinition Height="125"/>
        </Grid.RowDefinitions>

        <StackPanel Grid.Column="0" Grid.Row="0">
            <Button Name="b1" Click="computePrimes">Compute Primes</Button>
            <TextBlock Name="tb1"></TextBlock>
        </StackPanel>

        <StackPanel Grid.Column="1" Grid.Row="0">
            <Button Name="b2" Click="computePrimesWithProgress">Compute Primes with Progress</Button>
            <ProgressBar Name="pb1" HorizontalAlignment="Left" Width="100"></ProgressBar>
            <TextBlock Name="tb2"></TextBlock>
        </StackPanel>

        <StackPanel Grid.Column="0" Grid.Row="1">
            <Button Name="b3" Click="getPrimes">Get Primes</Button>
            <TextBlock Name="tb3"></TextBlock>
        </StackPanel>

        <StackPanel Grid.Column="1" Grid.Row="1">
            <Button Name="b4" Click="getPrimesWithProgress">Get Primes with Progress</Button>
            <ProgressBar Name="pb4"  HorizontalAlignment="Left" Width="100"></ProgressBar>
            <TextBlock Name="tb4"></TextBlock>
        </StackPanel>

        <StackPanel Grid.Column="0" Grid.Row="2">
            <Button Name="b5" Click="getPrimesHandleErrors">Get Primes and Handle Errors</Button>
            <ProgressBar Name="pb5"  HorizontalAlignment="Left" Width="100"></ProgressBar>
            <TextBlock Name="tb5"></TextBlock>
        </StackPanel>

        <StackPanel Grid.Column="1" Grid.Row="2">
            <Button Name="b6" Click="getPrimesCancellation">Get Primes with Cancellation</Button>
            <Button Name="cancelButton" Click="cancelGetPrimes" IsEnabled="false">Cancel</Button>
            <ProgressBar Name="pb6"  HorizontalAlignment="Left" Width="100"></ProgressBar>
            <TextBlock Name="tb6"></TextBlock>
        </StackPanel>
    </Grid>
</Page>

将以下代码添加到 MainPage.xaml 中的 MainPage 类中。 此代码定义了一个 Primes 对象和按钮事件处理程序。

private PrimesLibrary.Primes primesLib = new PrimesLibrary.Primes();

private async void computePrimes(object sender, RoutedEventArgs e)
{
    b1.IsEnabled = false;
    tb1.Text = "Working...";

    var asyncAction = primesLib.ComputePrimesAsync(0, 100000);

    await asyncAction;

    tb1.Text = "Done";
    b1.IsEnabled = true;
}

private async void computePrimesWithProgress(object sender, RoutedEventArgs e)
{
    b2.IsEnabled = false;
    tb2.Text = "Working...";

    var asyncAction = primesLib.ComputePrimesWithProgressAsync(0, 100000);
    asyncAction.Progress = new AsyncActionProgressHandler<double>((action, progress) =>
    {
        pb1.Value = progress;
    });

    await asyncAction;

    tb2.Text = "Done";
    b2.IsEnabled = true;
}

private async void getPrimes(object sender, RoutedEventArgs e)
{
    b3.IsEnabled = false;
    tb3.Text = "Working...";

    var asyncOperation = primesLib.GetPrimesAsync(0, 100000);

    await asyncOperation;

    tb3.Text = "Found " + asyncOperation.GetResults().Count + " primes";
    b3.IsEnabled = true;
}

private async void getPrimesWithProgress(object sender, RoutedEventArgs e)
{
    b4.IsEnabled = false;
    tb4.Text = "Working...";

    var asyncOperation = primesLib.GetPrimesWithProgressAsync(0, 100000);
    asyncOperation.Progress = new AsyncOperationProgressHandler<IList<int>, double>((operation, progress) =>
    {
        pb4.Value = progress;
    });

    await asyncOperation;

    tb4.Text = "Found " + asyncOperation.GetResults().Count + " primes";
    b4.IsEnabled = true;
}

private async void getPrimesHandleErrors(object sender, RoutedEventArgs e)
{
    b5.IsEnabled = false;
    tb5.Text = "Working...";

    var asyncOperation = primesLib.GetPrimesWithProgressAsync(-1000, 100000);
    asyncOperation.Progress = new AsyncOperationProgressHandler<IList<int>, double>((operation, progress) =>
    {
        pb5.Value = progress;
    });

    try
    {
        await asyncOperation;
        tb5.Text = "Found " + asyncOperation.GetResults().Count + " primes";
    }
    catch (ArgumentException ex)
    {
        tb5.Text = "ERROR: " + ex.Message;
    }

    b5.IsEnabled = true;
}

private IAsyncOperationWithProgress<IList<int>, double> asyncCancelableOperation;

private async void getPrimesCancellation(object sender, RoutedEventArgs e)
{
    b6.IsEnabled = false;
    cancelButton.IsEnabled = true;
    tb6.Text = "Working...";

    asyncCancelableOperation = primesLib.GetPrimesWithProgressAsync(0, 200000);
    asyncCancelableOperation.Progress = new AsyncOperationProgressHandler<IList<int>, double>((operation, progress) =>
    {
        pb6.Value = progress;
    });

    try
    {
        await asyncCancelableOperation;
        tb6.Text = "Found " + asyncCancelableOperation.GetResults().Count + " primes";
    }
    catch (System.Threading.Tasks.TaskCanceledException)
    {
        tb6.Text = "Operation canceled";
    }

    b6.IsEnabled = true;
    cancelButton.IsEnabled = false;
}

private void cancelGetPrimes(object sender, RoutedEventArgs e)
{
    cancelButton.IsEnabled = false;
    asyncCancelableOperation.Cancel();
}

这些方法使用 async 和 await 关键字在异步操作完成后更新 UI。 

getPrimesCancellation 和 cancelGetPrimes 方法协同工作以使用户能够取消操作。 当用户选择“取消”按钮时，cancelGetPrimes 方法会调用 IAsyncOperationWithProgress<TResult, TProgress>::Cancel 来取消操作。 管理基础异步操作的并发运行时会引发内部异常类型，该内部异常类型由 Windows 运行时捕捉以传达取消已完成的消息。 

为了使 PPL 能够向 Windows 运行时正确地报告其已取消操作，请不要捕捉此内部异常类型。 这意味着也不应捕捉所有异常 (catch (...))。 如果必须捕捉所有异常，请重新引发异常以确保 Windows 运行时能够完成取消操作。

下图显示了选定每个选项后的 Primes 应用。

程序需要再2019以上版本运行。

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&#x1f34a;作者&#xff1a;计算机编程-吉哥 &#x1f34a;简介&#xff1a;专业从事JavaWeb程序开发&#xff0c;微信小程序开发&#xff0c;定制化项目、 源码、代码讲解、文档撰写、ppt制作。做自己喜欢的事&#xff0c;生活就是快乐的。 &#x1f34a;心愿&#xff1a;点…
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