C++ 框架设计中的异步编程实战

C++ 异步编程通过在后台执行操作，然后轮询状态或使用回调函数处理结果来提高响应能力。实现方式包括：协程：轻量级多线程形式，可在不创建新线程的情况下实现异步操作。线程：传统并发执行单元，通过 std::thread 库使用。事件循环：轮询系统，使用 libuv 或 Boost.Asio 库实现。

C++ 框架设计中的异步编程实战

异步编程是一种通过在后台执行操作并轮询状态或使用回调函数在完成时处理结果来提高程序响应能力的技术。在 C++ 中，异步编程可以通过各种方式实现，包括协程、线程和事件循环。

协程

协程是一种轻量级的多线程形式，它允许将一个函数暂停并在将来继续执行。这使得在不创建新线程的情况下实现异步操作成为可能。例如，下面的协程将异步地读取文件的内容：

#include <experimental/coroutine>
#include <fstream>

using namespace std::experimental;

coroutine_handle<> read_file(const std::string& filename) {
    std::ifstream file(filename);
    std::string line;
    while (getline(file, line)) {
        co_yield line;
    }
}

int main() {
    for (auto line : read_file("input.txt")) {
        std::cout << line << std::endl;
    }
    return 0;
}

线程

线程是操作系统提供的传统并发执行单元。在 C++ 中，线程可以通过 std::thread 库来使用。例如，下面的代码使用线程异步地执行一个计算密集型任务：

#include <thread>
#include <vector>

std::vector<int> calculate_values(const std::vector<int>& numbers) {
    std::vector<int> results;
    for (auto number : numbers) {
        results.push_back(number * number);
    }
    return results;
}

int main() {
    std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
    std::thread thread(calculate_values, numbers);
    thread.join();
    return 0;
}

事件循环

事件循环是一种轮询系统，它不断检查是否有事件（例如网络 I/O 或定时器）需要处理。在 C++ 中，事件循环可以使用 libuv 或 Boost.Asio 等库来实现。例如，下面的代码使用 libuv 来异步地侦听网络连接：

#include <uv.h>

uv_loop_t* loop = uv_default_loop();

void on_connection(uv_stream_t* client, int status) {
    if (status < 0) {
        // 处理连接错误
    } else {
        // 处理连接成功
    }
}

int main() {
    uv_tcp_t server;
    uv_tcp_init(loop, &server);

    // 绑定到端口 8080
    sockaddr_in addr;
    uv_ip4_addr("0.0.0.0", 8080, &addr);
    uv_tcp_bind(&server, (const struct sockaddr*)&addr, 0);

    // 开始侦听连接
    uv_listen((uv_stream_t*)&server, 128, on_connection);

    // 运行事件循环
    uv_run(loop, UV_RUN_DEFAULT);

    return 0;
}

异步编程可以极大地提高 C++ 程序的性能和响应能力。通过使用诸如协程、线程和事件循环等技术，开发人员可以创建并发的应用程序，同时保持代码的简洁性和可维护性。