Simultaneidad y asincronía avanzadas con C++/WinRT

Artículo
07/13/2023

En este tema se describen escenarios avanzados con simultaneidad y asincronía en C++/WinRT.

Para ver una introducción a este asunto, lee primero Operaciones simultáneas y asincrónicas.

Trabajo de descarga en el grupo de subprocesos de Windows

Una corrutina es una función como cualquier otra en la que se bloquea al autor de una llamada hasta que una función le devuelva la ejecución. Y la primera oportunidad para que se devuelva una corrutina es el primer operador co_await, co_return o co_yield.

Antes de hacer un trabajo unido al cálculo en una corrutina, deberás devolver la ejecución al autor de la llamada para que no se bloquee (en otras palabras, introducir un punto de suspensión). Si aún no lo estás haciendo mediante la aplicación de co_await en alguna otra operación, puedes aplicar co_await en la función winrt::resume_background. Esto devuelve el control al autor de la llamada y reanuda inmediatamente la ejecución en un subproceso del grupo de subprocesos.

El grupo de subprocesos que se va a usar en la implementación es el grupo de subprocesos de Windows de bajo nivel, por lo que es eficaz en manera óptima.

IAsyncOperation<uint32_t> DoWorkOnThreadPoolAsync()
{
    co_await winrt::resume_background(); // Return control; resume on thread pool.

    uint32_t result;
    for (uint32_t y = 0; y < height; ++y)
    for (uint32_t x = 0; x < width; ++x)
    {
        // Do compute-bound work here.
    }
    co_return result;
}

Programación teniendo en cuenta la afinidad de subprocesos

Este escenario se expande en el anterior. Descargas determinado trabajo en el grupo de subprocesos, pero quieres mostrar el progreso en la interfaz de usuario (UI).

IAsyncAction DoWorkAsync(TextBlock textblock)
{
    co_await winrt::resume_background();
    // Do compute-bound work here.

    textblock.Text(L"Done!"); // Error: TextBlock has thread affinity.
}

El código anterior lanza una excepción winrt::hresult_wrong_thread porque se debe actualizar TextBlock desde el subproceso que lo creó, que es el subproceso de interfaz de usuario. Una solución es capturar el contexto del subproceso dentro del cual se llamó originalmente a nuestra corrutina. Para ello, creas una instancia de un objeto winrt::apartment_context, realizas el trabajo en segundo plano y después aplicas co_await a apartment_context para volver al contexto de llamada.

IAsyncAction DoWorkAsync(TextBlock textblock)
{
    winrt::apartment_context ui_thread; // Capture calling context.

    co_await winrt::resume_background();
    // Do compute-bound work here.

    co_await ui_thread; // Switch back to calling context.

    textblock.Text(L"Done!"); // Ok if we really were called from the UI thread.
}

Mientras se llame a la corrutina anterior desde el subproceso de interfaz de usuario que creó TextBlock, esta técnica funciona. Habrá muchos casos en la aplicación en los que estés seguro de ello.

Para una solución más general de actualización de la interfaz de usuario, que incluye los casos en los que no estés seguro del subproceso que realiza la llamada, puedes aplicar co_await a la función winrt::resume_foreground para cambiar a un determinado subproceso en primer plano. En el siguiente ejemplo de código, especificamos el subproceso de primer plano, pasando el objeto del distribuidor asociado a TextBlock (mediante el acceso a su propiedad Dispatcher). La implementación de winrt::resume_foreground llama a CoreDispatcher.RunAsync en ese objeto de distribuidor para ejecutar el trabajo que viene después de él en la corrutina.

IAsyncAction DoWorkAsync(TextBlock textblock)
{
    co_await winrt::resume_background();
    // Do compute-bound work here.

    // Switch to the foreground thread associated with textblock.
    co_await winrt::resume_foreground(textblock.Dispatcher());

    textblock.Text(L"Done!"); // Guaranteed to work.
}

La función winrt::resume_foreground toma un parámetro de prioridad opcional. Si utiliza ese parámetro, el patrón mostrado anteriormente es adecuado. Si no es así, puede optar por simplificar co_await winrt::resume_foreground(someDispatcherObject); en co_await someDispatcherObject;.

Contextos de ejecución, reanudación y cambio de corrutina

En términos generales, después de un punto de suspensión en una corrutina, el subproceso de ejecución original puede desaparecer y se puede producir la reanudación en cualquier subproceso (en otras palabras, cualquier subproceso puede llamar al método Completed para la operación asincrónica).

No obstante, si aplicas co_await a cualquiera de los cuatro tipos de la operación asincrónica de Windows Runtime (IAsyncXxx), C++/WinRT captura el contexto de llamada en el punto en el que has aplicado co_await. Y garantiza que todavía estarás en ese contexto cuando se reanude la continuación. Para ello, C++/ WinRT comprueba si ya estás en el contexto de llamada y, si no, te cambiará a él. Si estabas en un subproceso de contenedor uniproceso (STA) antes de co_await, estarás en el mismo subproceso posteriormente; si estabas en un subproceso de contenedor multiproceso (MTA) antes de co_await, estarás en otro igual después.

IAsyncAction ProcessFeedAsync()
{
    Uri rssFeedUri{ L"https://blogs.windows.com/feed" };
    SyndicationClient syndicationClient;

    // The thread context at this point is captured...
    SyndicationFeed syndicationFeed{ co_await syndicationClient.RetrieveFeedAsync(rssFeedUri) };
    // ...and is restored at this point.
}

La razón por la que puedes confiar en este comportamiento es que C++/WinRT proporciona código para adaptar estos tipos de la operación asincrónica de Windows Runtime a la compatibilidad del lenguaje de corrutinas C++ (estos fragmentos de código se denominan adaptadores de espera). El resto de tipos que admite await en C++/WinRT simplemente son contenedores del grupo de subprocesos o aasistentes, por lo que se completan en el grupo de subprocesos.

using namespace std::chrono_literals;
IAsyncOperation<int> return_123_after_5s()
{
    // No matter what the thread context is at this point...
    co_await 5s;
    // ...we're on the thread pool at this point.
    co_return 123;
}

Si aplica co_await a algún otro tipo (incluso dentro una implementación de corrutina de C++/WinRT), otra biblioteca proporcionará los adaptadores, y tendrá que entender lo que hacen esos adaptadores en términos de reanudación y contextos.

Para mantener los cambios de contexto al mínimo, puedes usar algunas de las técnicas que ya hemos visto en este tema. Vamos a ver algunas ilustraciones para hacer esto. En el ejemplo de pseudocódigo siguiente, mostramos el esquema de un controlador de eventos que llama a una API de Windows Runtime para cargar una imagen, la coloca directamente en un subproceso en segundo plano para procesar dicha imagen y, después, vuelve al subproceso de interfaz de usuario para mostrar la imagen en la interfaz de usuario.

IAsyncAction MainPage::ClickHandler(IInspectable /* sender */, RoutedEventArgs /* args */)
{
    // We begin in the UI context.

    // Call StorageFile::OpenAsync to load an image file.

    // The call to OpenAsync occurred on a background thread, but C++/WinRT has restored us to the UI thread by this point.

    co_await winrt::resume_background();

    // We're now on a background thread.

    // Process the image.

    co_await winrt::resume_foreground(this->Dispatcher());

    // We're back on MainPage's UI thread.

    // Display the image in the UI.
}

En este escenario, existe cierta ineficacia en torno a la llamada a StorageFile::OpenAsync. Hay un cambio de contexto necesario para un subproceso en segundo plano (de modo que el controlador pueda devolver la ejecución al autor de la llamada), tras cuya reanudación C++/WinRT restaura el contexto del subproceso de interfaz de usuario. Pero, en este caso, no es necesario estar en el subproceso de interfaz de usuario hasta que vayamos a actualizar la interfaz de usuario. A cuántas más API de Windows Runtime llamemos antes de nuestra llamada a winrt::resume_background, mayor será el número de cambios de contexto innecesarios en los que incurramos. La solución es no llamar a ninguna API de Windows Runtime hasta entonces. Muévelas todas después de winrt::resume_background.

IAsyncAction MainPage::ClickHandler(IInspectable /* sender */, RoutedEventArgs /* args */)
{
    // We begin in the UI context.

    co_await winrt::resume_background();

    // We're now on a background thread.

    // Call StorageFile::OpenAsync to load an image file.

    // Process the image.

    co_await winrt::resume_foreground(this->Dispatcher());

    // We're back on MainPage's UI thread.

    // Display the image in the UI.
}

Si deseas hacer algo más avanzado,puedes escribir tus propios adaptadores await. Por ejemplo, si quieres que co_await se reanude en el mismo subproceso en el que se completa la acción asincrónica (por lo tanto, no hay ningún cambio de contexto), podrías empezar escribiendo adaptadores await similares a los que se muestran a continuación.

Nota

El ejemplo de código siguiente se proporciona solo con fines de formación; es para ayudarte a comprender cómo funcionan los adaptadores await. Si deseas utilizar esta técnica en tu propio código base, te recomendamos que desarrolles y pruebes tus propias estructuras adaptadoras await. Por ejemplo, podrías escribir complete_on_any, complete_on_current y complete_on(dispatcher) . Considera también la posibilidad de hacer que sean plantillas que toman el tipo IAsyncXxx como parámetro de plantilla.

struct no_switch
{
    no_switch(Windows::Foundation::IAsyncAction const& async) : m_async(async)
    {
    }

    bool await_ready() const
    {
        return m_async.Status() == Windows::Foundation::AsyncStatus::Completed;
    }

    void await_suspend(std::experimental::coroutine_handle<> handle) const
    {
        m_async.Completed([handle](Windows::Foundation::IAsyncAction const& /* asyncInfo */, Windows::Foundation::AsyncStatus const& /* asyncStatus */)
        {
            handle();
        });
    }

    auto await_resume() const
    {
        return m_async.GetResults();
    }

private:
    Windows::Foundation::IAsyncAction const& m_async;
};

Para entender cómo se utilizan los adaptadores await no_switch, primero debes saber que cuando el compilador de C++ encuentra una expresión co_await, busca funciones llamadas await_ready, await_suspend y await_resume. La biblioteca de C++/WinRT proporciona estas funciones para que obtengas un comportamiento razonable, de manera predeterminada, como en este ejemplo.

IAsyncAction async{ ProcessFeedAsync() };
co_await async;

Para usar los adaptadores await no_switch, cambia el tipo de esa expresión co_await de IAsyncXxx a no_switch, del modo siguiente.

IAsyncAction async{ ProcessFeedAsync() };
co_await static_cast<no_switch>(async);

En lugar de buscar las tres funciones await_xxx que coincidan con IAsyncXxx, el compilador de C++ busca funciones que coincidan con no_switch.

Análisis más profundo de winrt::resume_foreground

A partir de C++/WinRT 2.0, la función winrt::resume_foreground se suspende incluso si se llama desde el subproceso del distribuidor (en versiones anteriores, podía introducir interbloqueos en algunos escenarios porque solo se suspendía si aún no estaba en el subproceso del distribuidor).

El comportamiento actual implica que puedes confiar en que se produzca el desenredo de la pila y se vuelva a poner en cola. Esto es importante para la estabilidad del sistema, especialmente en el código de sistemas de bajo nivel. En la última lista de código de la sección anterior Programación teniendo en cuenta la afinidad de subprocesos se muestra cómo realizar un cálculo complejo en un subproceso en segundo plano y, después, cambiar al subproceso de interfaz de usuario adecuado para actualizar la interfaz de usuario (UI).

Este es el aspecto interno de winrt::resume_foreground.

auto resume_foreground(...) noexcept
{
    struct awaitable
    {
        bool await_ready() const
        {
            return false; // Queue without waiting.
            // return m_dispatcher.HasThreadAccess(); // The C++/WinRT 1.0 implementation.
        }
        void await_resume() const {}
        void await_suspend(coroutine_handle<> handle) const { ... }
    };
    return awaitable{ ... };
};

Este comportamiento actual, frente al anterior, es análogo a la diferencia entre PostMessage y SendMessage en el desarrollo de aplicaciones de Win32. PostMessage pone en cola el trabajo y luego desenreda la pila sin esperar a que el trabajo se complete. El desenredo de la pila puede ser esencial.

Al principio, la función winrt::resume_foreground también admitía solo CoreDispatcher (vinculado a CoreWindow), que se presentó antes de Windows 10. Desde entonces, hemos introducido un distribuidor más flexible y eficaz: DispatcherQueue. Puedes crear un DispatcherQueue para tus propios fines. Presta atención a esta aplicación de consola sencilla.

using namespace Windows::System;

winrt::fire_and_forget RunAsync(DispatcherQueue queue);
 
int main()
{
    auto controller{ DispatcherQueueController::CreateOnDedicatedThread() };
    RunAsync(controller.DispatcherQueue());
    getchar();
}

En el ejemplo anterior se crea una cola (contenida en un controlador) en un subproceso privado y después se pasa el controlador a la corrutina. La corrutina puede usar la cola para esperar (suspender y reanudar) en el subproceso privado. Otro uso común de DispatcherQueue es crear una cola en el subproceso de interfaz de usuario actual de una aplicación de Win32 o de escritorio tradicional.

DispatcherQueueController CreateDispatcherQueueController()
{
    DispatcherQueueOptions options
    {
        sizeof(DispatcherQueueOptions),
        DQTYPE_THREAD_CURRENT,
        DQTAT_COM_STA
    };
 
    ABI::Windows::System::IDispatcherQueueController* ptr{};
    winrt::check_hresult(CreateDispatcherQueueController(options, &ptr));
    return { ptr, take_ownership_from_abi };
}

Esto muestra cómo puedes llamar e incorporar funciones de Win32 en los proyectos de C++/WinRT; para ello, solo tienes que llamar a la función CreateDispatcherQueueController de tipo Win32 para crear el controlador y después transferir la propiedad del controlador de cola resultante al autor de la llamada como un objeto de WinRT. Precisamente, de esta forma puedes admitir la puesta en cola eficaz y sin problemas en la aplicación de escritorio de Win32 de tipo Petzold existente.

winrt::fire_and_forget RunAsync(DispatcherQueue queue);
 
int main()
{
    Window window;
    auto controller{ CreateDispatcherQueueController() };
    RunAsync(controller.DispatcherQueue());
    MSG message;
 
    while (GetMessage(&message, nullptr, 0, 0))
    {
        DispatchMessage(&message);
    }
}

En el ejemplo anterior, la función main simple comienza creando una ventana. Puedes imaginar que esto registra una clase de ventana y llama a CreateWindow para crear la ventana de escritorio de nivel superior. Después, se llama a la función CreateDispatcherQueueController para crear el controlador de cola antes de llamar a alguna de las corrutinas con la cola del distribuidor que posee este controlador. Luego se introduce un suministro de mensajes tradicional en el que se produce la reanudación de la corrutina de forma natural en este subproceso. Una vez hecho esto, puedes volver al elegante mundo de las corrutinas para tu flujo de trabajo asincrónico o basado en mensajes dentro de la aplicación.

winrt::fire_and_forget RunAsync(DispatcherQueue queue)
{
    ... // Begin on the calling thread...
 
    co_await winrt::resume_foreground(queue);
 
    ... // ...resume on the dispatcher thread.
}

La llamada a winrt::resume_foreground siempre pondrá en cola y después desenredará la pila. También puedes establecer la prioridad de reanudación.

winrt::fire_and_forget RunAsync(DispatcherQueue queue)
{
    ...
 
    co_await winrt::resume_foreground(queue, DispatcherQueuePriority::High);
 
    ...
}

O bien, usar el orden de cola predeterminado.

...
#include <winrt/Windows.System.h>
using namespace Windows::System;
...
winrt::fire_and_forget RunAsync(DispatcherQueue queue)
{
    ...
 
    co_await queue;
 
    ...
}

Nota

Tal como se mostró anteriormente, asegúrese de incluir el encabezado de la proyección para el espacio de nombres del tipo que está co_await. Por ejemplo, Windows::UI::Core::CoreDispatcher, Windows::System::DispatcherQueue o Microsoft::UI::Dispatching::DispatcherQueue.

O bien, en este caso, detectar el cierre de la cola y controlarlo correctamente.

winrt::fire_and_forget RunAsync(DispatcherQueue queue)
{
    ...
 
    if (co_await queue)
    {
        ... // Resume on dispatcher thread.
    }
    else
    {
        ... // Still on calling thread.
    }
}

La expresión co_await devuelve true, lo que indica que la reanudación se producirá en el subproceso del distribuidor. En otras palabras, se ha puesto en cola correctamente. Por el contrario, devuelve false para indicar que la ejecución permanece en el subproceso que realiza la llamada porque el controlador de la cola se está cerrando y ya no atiende solicitudes de cola.

Por lo tanto, tienes una gran capacidad a tu alcance al combinar C++/WinRT con corrutinas; y especialmente al desarrollar aplicaciones de escritorio de tipo Petzold a la antigua usanza.

Cancelación de una operación asincrónica y devoluciones de llamadas de cancelación

Las características de Windows Runtime para la programación asincrónica permiten cancelar una operación o acción asincrónica en proceso. Este es un ejemplo que llama a StorageFolder::GetFilesAsync para recuperar una colección potencialmente grande de archivos y almacena el objeto resultante de la operación asincrónica en un miembro de datos. El usuario tiene la opción de cancelar la operación.

// MainPage.xaml
...
<Button x:Name="workButton" Click="OnWork">Work</Button>
<Button x:Name="cancelButton" Click="OnCancel">Cancel</Button>
...

// MainPage.h
...
#include <winrt/Windows.Foundation.h>
#include <winrt/Windows.Foundation.Collections.h>
#include <winrt/Windows.Storage.Search.h>

using namespace winrt;
using namespace Windows::Foundation;
using namespace Windows::Foundation::Collections;
using namespace Windows::Storage;
using namespace Windows::Storage::Search;
using namespace Windows::UI::Xaml;
...
struct MainPage : MainPageT<MainPage>
{
    MainPage()
    {
        InitializeComponent();
    }

    IAsyncAction OnWork(IInspectable /* sender */, RoutedEventArgs /* args */)
    {
        workButton().Content(winrt::box_value(L"Working..."));

        // Enable the Pictures Library capability in the app manifest file.
        StorageFolder picturesLibrary{ KnownFolders::PicturesLibrary() };

        m_async = picturesLibrary.GetFilesAsync(CommonFileQuery::OrderByDate, 0, 1000);

        IVectorView<StorageFile> filesInFolder{ co_await m_async };

        workButton().Content(box_value(L"Done!"));

        // Process the files in some way.
    }

    void OnCancel(IInspectable const& /* sender */, RoutedEventArgs const& /* args */)
    {
        if (m_async.Status() != AsyncStatus::Completed)
        {
            m_async.Cancel();
            workButton().Content(winrt::box_value(L"Canceled"));
        }
    }

private:
    IAsyncOperation<::IVectorView<StorageFile>> m_async;
};
...

En lo que respecta a la implementación de la cancelación, vamos a comenzar por un ejemplo sencillo.

// main.cpp
#include <iostream>
#include <winrt/Windows.Foundation.h>

using namespace winrt;
using namespace Windows::Foundation;
using namespace std::chrono_literals;

IAsyncAction ImplicitCancelationAsync()
{
    while (true)
    {
        std::cout << "ImplicitCancelationAsync: do some work for 1 second" << std::endl;
        co_await 1s;
    }
}

IAsyncAction MainCoroutineAsync()
{
    auto implicit_cancelation{ ImplicitCancelationAsync() };
    co_await 3s;
    implicit_cancelation.Cancel();
}

int main()
{
    winrt::init_apartment();
    MainCoroutineAsync().get();
}

Si ejecutas el ejemplo anterior, verás que ImplicitCancellationAsync imprime un mensaje por segundo durante tres segundos, tras lo cual finaliza automáticamente como resultado de la cancelación. Esto funciona porque, al encontrar una expresión co_await, una corrutina comprueba si se ha cancelado. Si lo ha hecho, se genera un cortocircuito; y si no, se suspende de la forma habitual.

La cancelación, por supuesto, se puede producir mientras la corrutina está suspendida. Solo cuando se reanuda la corrutina, o llega a otro co_await, comprobará la cancelación. El problema es una latencia potencialmente demasiado general en respuesta a la cancelación.

Por lo tanto, otra opción es sondear explícitamente la cancelación dentro de la corrutina. Actualiza el ejemplo anterior con el código de la lista siguiente. En este nuevo ejemplo, ExplicitCancellationAsync recupera el objeto devuelto por la función winrt::get_cancellation_token y lo usa para comprobar periódicamente si se ha cancelado la corrutina. Mientras no se cancele, la corrutina se repite indefinidamente; una vez cancelada, el bucle y la función se salen de la forma habitual. El resultado es el mismo que en el ejemplo anterior, pero aquí la salida se realiza de forma explícita y bajo control.

IAsyncAction ExplicitCancelationAsync()
{
    auto cancelation_token{ co_await winrt::get_cancellation_token() };

    while (!cancelation_token())
    {
        std::cout << "ExplicitCancelationAsync: do some work for 1 second" << std::endl;
        co_await 1s;
    }
}

IAsyncAction MainCoroutineAsync()
{
    auto explicit_cancelation{ ExplicitCancelationAsync() };
    co_await 3s;
    explicit_cancelation.Cancel();
}
...

Al esperar en winrt::get_cancellation_token, se recupera un token de cancelación con conocimiento de la interfaz IAsyncAction que la corrutina está produciendo en tu nombre. Puede usar el operador de llamada de la función en ese token para consultar el estado de una cancelación, básicamente, sondear en busca de una cancelación. Si vas a realizar una operación unida al cálculo o recorrer en iteración una colección de gran tamaño, entonces esta es una técnica razonable.

Registro de una devolución de llamada de cancelación

La cancelación de Windows Runtime no fluye automáticamente a otros objetos asincrónicos. Sin embargo, desde que se introdujo en la versión 10.0.17763.0 (Windows 10, versión 1809) del SDK de Windows, puede registrar una devolución de llamada de cancelación. Se trata de un enlace preventivo por el que se puede propagar la cancelación y se hace posible la integración con bibliotecas de simultaneidad existentes.

En el ejemplo de código siguiente, NestedCoroutineAsync realiza el trabajo, pero no tiene una lógica de cancelación especial. CancelationPropagatorAsync es esencialmente un contenedor de la corrutina anidada; el contenedor reenvía una cancelación de manera preventiva.

// main.cpp
#include <iostream>
#include <winrt/Windows.Foundation.h>

using namespace winrt;
using namespace Windows::Foundation;
using namespace std::chrono_literals;

IAsyncAction NestedCoroutineAsync()
{
    while (true)
    {
        std::cout << "NestedCoroutineAsync: do some work for 1 second" << std::endl;
        co_await 1s;
    }
}

IAsyncAction CancelationPropagatorAsync()
{
    auto cancelation_token{ co_await winrt::get_cancellation_token() };
    auto nested_coroutine{ NestedCoroutineAsync() };

    cancelation_token.callback([=]
    {
        nested_coroutine.Cancel();
    });

    co_await nested_coroutine;
}

IAsyncAction MainCoroutineAsync()
{
    auto cancelation_propagator{ CancelationPropagatorAsync() };
    co_await 3s;
    cancelation_propagator.Cancel();
}

int main()
{
    winrt::init_apartment();
    MainCoroutineAsync().get();
}

CancelationPropagatorAsync registra una función lambda para su propia devolución de llamada de cancelación y, después, espera (se suspende) hasta que finalice el trabajo anidado. Cuando se cancela o si está cancelado CancellationPropagatorAsync, la cancelación se propaga a la corrutina anidada. No hay ninguna necesidad de sondear en busca de una cancelación, ni tampoco la cancelación se bloquea de forma indefinida. Este mecanismo es lo suficientemente flexible como para que puedas usarlo para interoperar con una biblioteca de corrutinas o de simultaneidad que no sabe nada de C++/WinRT.

Notificación del progreso

Si la corrutina devuelve IAsyncActionWithProgress o IAsyncOperationWithProgress, puedes recuperar el objeto devuelto por la función winrt::get_progress_token y usarlo para notificar el progreso a un controlador de progreso. Aquí tienes un ejemplo de código.

// main.cpp
#include <iostream>
#include <winrt/Windows.Foundation.h>

using namespace winrt;
using namespace Windows::Foundation;
using namespace std::chrono_literals;

IAsyncOperationWithProgress<double, double> CalcPiTo5DPs()
{
    auto progress{ co_await winrt::get_progress_token() };

    co_await 1s;
    double pi_so_far{ 3.1 };
    progress.set_result(pi_so_far);
    progress(0.2);

    co_await 1s;
    pi_so_far += 4.e-2;
    progress.set_result(pi_so_far);
    progress(0.4);

    co_await 1s;
    pi_so_far += 1.e-3;
    progress.set_result(pi_so_far);
    progress(0.6);

    co_await 1s;
    pi_so_far += 5.e-4;
    progress.set_result(pi_so_far);
    progress(0.8);

    co_await 1s;
    pi_so_far += 9.e-5;
    progress.set_result(pi_so_far);
    progress(1.0);

    co_return pi_so_far;
}

IAsyncAction DoMath()
{
    auto async_op_with_progress{ CalcPiTo5DPs() };
    async_op_with_progress.Progress([](auto const& sender, double progress)
    {
        std::wcout << L"CalcPiTo5DPs() reports progress: " << progress << L". "
                   << L"Value so far: " << sender.GetResults() << std::endl;
    });
    double pi{ co_await async_op_with_progress };
    std::wcout << L"CalcPiTo5DPs() is complete !" << std::endl;
    std::wcout << L"Pi is approx.: " << pi << std::endl;
}

int main()
{
    winrt::init_apartment();
    DoMath().get();
}

Para notificar el progreso, invoque el token de progreso con el valor de progreso como argumento. Para establecer un resultado provisional, use el método set_result() en el token de progreso.

Nota

Para informar de los resultados provisionales se requiere C++/WinRT, versión 2.0.210309.3 o posterior.

En el ejemplo anterior se elige establecer un resultado provisional para cada informe de progreso. Puede decidir informar de los resultados provisionales en cualquier momento, si así lo quiere. No es necesario acoplarlo a un informe de progreso.

Nota

No es correcto implementar más de un controlador de finalización para una operación o acción asincrónica. Puedes tener un solo delegado para su evento completado o bien puedes aplicar co_await. Si tienes ambos, se producirá un error en el segundo. Uno de los dos tipos de controladores de finalización siguientes es adecuado, pero no ambos para el mismo objeto asincrónico.

auto async_op_with_progress{ CalcPiTo5DPs() };
async_op_with_progress.Completed([](auto const& sender, AsyncStatus /* status */)
{
    double pi{ sender.GetResults() };
});

auto async_op_with_progress{ CalcPiTo5DPs() };
double pi{ co_await async_op_with_progress };

Para más información sobre los controladores de finalización, consulta Tipos de delegados para acciones y operaciones asincrónicas.

Desencadenamiento y olvido

A veces, tienes una tarea que se puede realizar simultáneamente con otro trabajo y no necesitas esperar a que la tarea se complete (ningún otro trabajo depende de él), ni tampoco que devuelva un valor. En ese caso, puedes lanzar la tarea y olvidarte de ella. Puedes hacerlo escribiendo una corrutina cuyo tipo de valor devuelto sea winrt::fire_and_forget (en lugar de uno de los tipos de la operación asincrónica de Windows Runtime o concurrency::task).

// main.cpp
#include <winrt/Windows.Foundation.h>

using namespace winrt;
using namespace std::chrono_literals;

winrt::fire_and_forget CompleteInFiveSeconds()
{
    co_await 5s;
}

int main()
{
    winrt::init_apartment();
    CompleteInFiveSeconds();
    // Do other work here.
}

La estructura winrt::fire_and_forget también resulta útil como el tipo de valor devuelto del controlador de eventos cuando necesites realizar operaciones asincrónicas en él. Este es un ejemplo (consulta también Referencias fuertes y débiles de C++/WinRT).

winrt::fire_and_forget MyClass::MyMediaBinder_OnBinding(MediaBinder const&, MediaBindingEventArgs args)
{
    auto lifetime{ get_strong() }; // Prevent *this* from prematurely being destructed.
    auto ensure_completion{ unique_deferral(args.GetDeferral()) }; // Take a deferral, and ensure that we complete it.

    auto file{ co_await StorageFile::GetFileFromApplicationUriAsync(Uri(L"ms-appx:///video_file.mp4")) };
    args.SetStorageFile(file);

    // The destructor of unique_deferral completes the deferral here.
}

El primer argumento (el remitente) queda sin nombre, porque no se utiliza nunca. Por este motivo, estamos seguros si lo dejamos como una referencia. Pero observa que args se pasa por valor. Consulta la sección Paso de parámetros más arriba.

Esperar un controlador de kernel

C++/WinRT proporciona una función winrt::resume_on_signal, que puede usar para suspender hasta que se señale un evento de kernel. Es tu responsabilidad asegurar que el controlador siga siendo válido hasta que se devuelva tu co_await resume_on_signal(h). La clase resume_on_signal no puede hacerlo por ti, porque es posible que hayas perdido el controlador incluso antes de que se inicie resume_on_signal, como en este primer ejemplo.

IAsyncAction Async(HANDLE event)
{
    co_await DoWorkAsync();
    co_await resume_on_signal(event); // The incoming handle is not valid here.
}

El evento HANDLE de entrada solo es válido hasta que vuelve la función, y esta función (que es una corrutina) vuelve en el primer punto de suspensión (el primer co_await en este caso). Mientras esperas por DoWorkAsync, el control ha vuelto al autor de la llamada, el marco de la llamada ha salido del ámbito y ya no sabes si el controlador será válido cuando se reanude la corrutina.

Técnicamente, la corrutina recibe los parámetros por valor, como debería (consulta Paso de parámetros anteriormente). Con todo, en este caso, debemos dar un paso más para seguir el espíritu de esa guía (en lugar de solo la letra). Debemos pasar una referencia segura (en otras palabras, la propiedad) junto con el controlador. A continuación se muestra cómo hacerlo.

IAsyncAction Async(winrt::handle event)
{
    co_await DoWorkAsync();
    co_await resume_on_signal(event); // The incoming handle *is* valid here.
}

Pasar winrt::handle por valor proporciona la semántica de propiedad, lo que garantiza que el controlador de kernel siga siendo válido durante la vigencia de la corrutina.

Aquí se muestra cómo puedes llamar a esa corrutina.

namespace
{
    winrt::handle duplicate(winrt::handle const& other, DWORD access)
    {
        winrt::handle result;
        if (other)
        {
            winrt::check_bool(::DuplicateHandle(::GetCurrentProcess(),
		        other.get(), ::GetCurrentProcess(), result.put(), access, FALSE, 0));
        }
        return result;
    }

    winrt::handle make_manual_reset_event(bool initialState = false)
    {
        winrt::handle event{ ::CreateEvent(nullptr, true, initialState, nullptr) };
        winrt::check_bool(static_cast<bool>(event));
        return event;
    }
}

IAsyncAction SampleCaller()
{
    handle event{ make_manual_reset_event() };
    auto async{ Async(duplicate(event)) };

    ::SetEvent(event.get());
    event.close(); // Our handle is closed, but Async still has a valid handle.

    co_await async; // Will wake up when *event* is signaled.
}

Puede pasar un valor de tiempo de expiración a resume_on_signal, como en este ejemplo.

winrt::handle event = ...

if (co_await winrt::resume_on_signal(event.get(), std::literals::2s))
{
    puts("signaled");
}
else
{
    puts("timed out");
}

Simplificación de los tiempos de expiración asincrónicos

C++/WinRT ha invertido en gran medida en las corrutinas de C++. Su efecto en la escritura de código de simultaneidad es transformador. En esta sección se describen los casos en los que los detalles de la asincronía no son importantes y lo único que quieres es el resultado directamente. Por ese motivo, la implementación de C++/WinRT de la interfaz de operaciones asincrónicas IAsyncAction de Windows Runtime tiene una función get similar a la que proporciona std::future.

using namespace winrt::Windows::Foundation;
int main()
{
    IAsyncAction async = ...
    async.get();
    puts("Done!");
}

La función get se bloquea de forma indefinida, mientras se completa el objeto asincrónico. Los objetos asincrónicos tienden a tener una duración muy corta, de modo que esto suele ser todo lo que necesitas.

Pero hay casos en los que no es suficiente y debes abandonar la espera una vez que ha transcurrido algo de tiempo. Escribir ese código siempre ha sido posible gracias a los bloques de compilación que proporciona Windows Runtime. Pero ahora C++/WinRT hace que sea mucho más fácil mediante la función wait_for. También se ha implementado en IAsyncAction y, de nuevo, es similar a la que proporciona std::future.

using namespace std::chrono_literals;
int main()
{
    IAsyncAction async = ...
 
    if (async.wait_for(5s) == AsyncStatus::Completed)
    {
        puts("done");
    }
}

Nota:

wait_for usa std::chrono::duration en la interfaz, pero está limitado a un intervalo menor que el que proporciona std::chrono::duration (aproximadamente 49,7 días).

La función wait_for del siguiente ejemplo espera unos cinco segundos y después comprueba si se ha completado. Si la comparación es favorable, sabrás que el objeto asincrónico se ha completado correctamente y que ya has terminado. Si espera algún resultado, solo tiene que seguirlo con una llamada al método GetResults para recuperar el resultado.

Nota

wait_for y get son mutuamente excluyentes (no se puede llamar a ambas). Cada una cuenta como un esperador, y las acciones u operaciones asincrónicas de Windows Runtime solo admiten un único esperador.

int main()
{
    IAsyncOperation<int> async = ...
 
    if (async.wait_for(5s) == AsyncStatus::Completed)
    {
        printf("result %d\n", async.GetResults());
    }
}

Dado que el objeto asincrónico ya se habrá completado para entonces, el método GetResults devuelve el resultado de inmediato, sin tener que esperar más. Como puedes ver, wait_for devuelve el estado del objeto asincrónico. Por lo tanto, puedes usarlo para tener un control más específico, como este.

switch (async.wait_for(5s))
{
case AsyncStatus::Completed:
    printf("result %d\n", async.GetResults());
    break;
case AsyncStatus::Canceled:
    puts("canceled");
    break;
case AsyncStatus::Error:
    puts("failed");
    break;
case AsyncStatus::Started:
    puts("still running");
    break;
}

Recuerde que AsyncStatus::Completed implica que el objeto asincrónico se ha completado correctamente y que puede llamar al método GetResults para recuperar los resultados.
AsyncStatus::Canceled implica que el objeto asincrónico se ha cancelado. Normalmente, es el autor de la llamada quien solicita una cancelación, por lo que sería raro controlar este estado. Un objeto asincrónico se suele descartar simplemente. Puede llamar al método GetResults para volver a producir la excepción de cancelación si lo desea.
AsyncStatus::Error implica que se ha producido algún error en el objeto asincrónico. Puede llamar al método GetResults para volver a producir la excepción si lo desea.
AsyncStatus::Started implica que el objeto asincrónico todavía se está ejecutando. El patrón asincrónico de Windows Runtime no permite varias esperas ni esperadores. Esto significa que no puedes llamar a wait_for en bucle. Si la espera ha agotado realmente el tiempo de expiración, te quedan algunas opciones. Puede abandonar el objeto o sondear su estado antes de llamar al método GetResults para recuperar los resultados. Pero es mejor descartar el objeto en este momento.

Un patrón alternativo es comprobar solo Started, y dejar que GetResults se ocupe de los demás casos.

if (async.wait_for(5s) == AsyncStatus::Started)
{
    puts("timed out");
}
else
{
    // will throw appropriate exception if in canceled or error state
    auto results = async.GetResults();
}

Devolver una matriz de forma asincrónica

A continuación, se muestra un ejemplo de MIDL 3.0 que genera error MIDL2025: [msg]syntax error [context]: expecting > or, near "[".

Windows.Foundation.IAsyncOperation<Int32[]> RetrieveArrayAsync();

El motivo es que no es válido usar una matriz como argumento de tipo de parámetro para una interfaz parametrizada. Por lo tanto, necesitamos una manera menos obvia de lograr pasar de forma asincrónica una matriz desde un método de clase en tiempo de ejecución.

Puedes devolver la matriz aplicando la conversión boxing a un objeto PropertyValue. A continuación, el código de llamada le aplica la conversión unboxing. Este es un ejemplo de código, que se puede probar agregando la clase en tiempo de ejecución SampleComponent a un proyecto de componente de Windows Runtime (C++/WinRT) y, a continuación, consumiéndolo desde (por ejemplo) un proyecto de aplicación Core (C++/WinRT) .

// SampleComponent.idl
namespace MyComponentProject
{
    runtimeclass SampleComponent
    {
        Windows.Foundation.IAsyncOperation<IInspectable> RetrieveCollectionAsync();
    };
}

// SampleComponent.h
...
struct SampleComponent : SampleComponentT<SampleComponent>
{
    ...
    Windows::Foundation::IAsyncOperation<Windows::Foundation::IInspectable> RetrieveCollectionAsync()
    {
        co_return Windows::Foundation::PropertyValue::CreateInt32Array({ 99, 101 }); // Box an array into a PropertyValue.
    }
}
...

// SampleCoreApp.cpp
...
MyComponentProject::SampleComponent m_sample_component;
...
auto boxed_array{ co_await m_sample_component.RetrieveCollectionAsync() };
auto property_value{ boxed_array.as<winrt::Windows::Foundation::IPropertyValue>() };
winrt::com_array<int32_t> my_array;
property_value.GetInt32Array(my_array); // Unbox back into an array.
...

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Trabajo de descarga en el grupo de subprocesos de Windows

Programación teniendo en cuenta la afinidad de subprocesos

Contextos de ejecución, reanudación y cambio de corrutina

Análisis más profundo de winrt::resume_foreground

Cancelación de una operación asincrónica y devoluciones de llamadas de cancelación

Registro de una devolución de llamada de cancelación

Notificación del progreso

Desencadenamiento y olvido

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