同步编程与异步编程

在C++中，同步编程和异步编程的实现方式有很大的不同。由于C++标准库本身在C++11之前并不直接支持异步编程模型（如Promises、Futures或async/await），因此早期的C++代码主要依赖于同步编程模式。然而，从C++11开始，标准库引入了一些支持异步编程的特性，如头文件中的std::future、std::promise和std::async等。
下面我将分别给出C++中的同步编程和异步编程的代码示例。
同步编程示例
同步编程通常涉及顺序执行的任务，其中每个任务都必须等待前一个任务完成才能继续。以下是一个简单的同步编程示例，它模拟了一个耗时的计算任务：

#include <iostream>
#include <chrono>
#include <thread>

// 模拟耗时计算函数
int compute(int x) {
    // 使用std::this_thread::sleep_for来模拟耗时操作
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
    return x * x;
}

int main() {
    // 开始时间
    auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();

    // 同步调用compute函数
    int result = compute(5);

    // 输出结果
    std::cout << "Result: " << result << std::endl;

    // 结束时间
    auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();

    // 计算并输出耗时
    std::cout << "Time taken: "
              << std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(end - start).count()
              << " ms" << std::endl;

    return 0;
}

在这个例子中，main函数同步地调用了compute函数，并等待它完成。因此，main函数在compute函数执行期间被阻塞。
异步编程示例
异步编程允许程序在等待某个操作完成时继续执行其他任务。在C++11及更高版本中，可以使用std::async来启动一个异步任务。以下是一个异步编程的示例：

#include <iostream>
#include <future>
#include <chrono>
#include <thread>

// 同样的耗时计算函数
int compute(int x) {
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
    return x * x;
}

int main() {
    // 开始时间
    auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();

    // 启动一个异步任务来调用compute函数
    std::future<int> result = std::async(std::launch::async, compute, 5);

    // 在等待compute函数完成的同时，执行其他任务
    // 这里我们简单地输出一条消息
    std::cout << "Waiting for compute to finish..." << std::endl;

    // 模拟其他任务（这里只是等待一段时间）
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(500));

    // 获取异步任务的结果
    int res = result.get(); // 注意：这里会阻塞，直到异步任务完成

    // 输出结果
    std::cout << "Result: " << res << std::endl;

    // 结束时间
    auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();

    // 计算并输出总耗时（注意：这包括了异步任务的耗时）
    std::cout << "Total time taken: "
              << std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(end - start).count()
              << " ms" << std::endl;

    return 0;
}

在这个例子中，main函数使用std::async启动了一个异步任务来调用compute函数。然后，它执行了其他任务（在这个例子中是简单地等待了一段时间并输出了一条消息）。最后，它使用result.get()来等待异步任务完成并获取结果。注意，虽然result.get()会阻塞调用线程直到异步任务完成，但程序的其他部分（如std::this_thread::sleep_for调用）可以在等待期间继续执行。
然而，需要注意的是，在这个特定的例子中，由于我们在等待异步任务完成之前只执行了一个非常短的等待操作，因此异步编程带来的优势并不明显。在实际应用中，异步编程通常用于处理更复杂的场景，其中异步任务可能需要较长时间来完成，并且程序需要在等待期间执行其他重要的任务。