c++ - 异步函数产生不一致的结果

Question

我有一个异步运行的函数。不幸的是，它只是偶尔会吐出正确答案。每次运行代码时，futures[i].get() 表示的值都会改变。我是多线程的新手。

double async_func() const {

    vector<future<double>> futures;

    double val = 0;
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        futures.push_back(std::async(std::launch::async, [&] {return minor(i,0).determinant();}) );
    }       
    for (int i = 0; i < rows; i++) 
        val += futures[i].get();

    return val;
}

Answer 1

问题在于引用捕获。

for (int i = 0; i < rows; i++)
{
   futures.push_back(std::async(std::launch::async, [&] // capture by reference!
   {
       return minor(i,0).determinant();
   }));
}

这是一个问题，因为每个执行的方法都没有得到它自己的i值，而是对循环变量i的引用。因此，一旦 i 被评估用于函数调用 minor(i, 0)，它可能已经改变。更糟糕的是，函数调用可能在循环结束之前尚未执行。因此 i 可能在使用之前就被销毁了。

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如果上面的描述还不够，也许这个时间表可以提供帮助。请注意，这不是真实情况，只是一个例子。

假设迭代 i 需要 2 个时间步，评估函数的参数需要 2 个步骤，启动一个线程需要 5 个步骤(在真机上可能更多!)。每个线程完成的工作可能需要数千步(这就是我们将它们并行化的原因，对吗？)。

Time -->
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 ...
^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^  ^  ^  ^  ^
| | | | | | | | | | |  |  |  |  Thread 3 function call.
| | | | | | | | | | |  |  |  Thread 3 evaluate parameters (i == garbage!).
| | | | | | | | | | |  |  Thread 3 start; Thread 2 function call.
| | | | | | | | | | |  Thread 2 evaluate parameters (i == garbage!).
| | | | | | | | | | Destroy i; Thread 2 start; Thread 1 function call.
| | | | | | | | | Loop condition broken; Thread 1 evaluate parameters (i == 4 !).
| | | | | | | | Thread 0 function call; Thread 1 start; i = 4;
| | | | | | | Thread 3 request to start; Thread 0 evaluate parameters (i == 3 !).
| | | | | | Thread 0 start; i = 3;
| | | | | Thread 2 request to start.
| | | | i = 2.
| | | Thread 1 request to start.
| | i = 1.
| Thread 0 request to start.
Create i, i = 0.

所以一些线程获得有意义的数据，其他线程则不会。根据实际时间，可能会在评估其函数参数值的同时增加 i，在这种情况下，您会遇到竞争条件。

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解决方法是按值捕获i:

for (int i = 0; i < rows; i++)
{
   futures.push_back(std::async(std::launch::async, [=] // capture by value
   {
       return minor(i,0).determinant();
   }));
}

建议:在处理异步位时，明确说明您捕获的内容:

for (int i = 0; i < rows; i++)
{
   futures.push_back(std::async(std::launch::async, [i] // explicit capture by value
   {
       return minor(i,0).determinant();
   }));
}

您还应该避免对您的 future vector 进行重新分配。只需在循环之前添加 futures.reserve(rows)。