如何在 C++ 中使用 STL 進行分散式計算？

如何在 C++ 中使用 STL 進行分散式運算？透過使用 STL 演算法並行化、使用執行器和開發實戰案例，例如影像處理管道。

如何使用STL 在C++ 中進行分散式計算

簡介

分散式運算涉及在多個電腦節點上分配任務以提高處理速度。 C++ 標準範本庫 (STL) 提供了並發性工具，讓您可以開發分散式運算應用程式。

Parallelizing STL Algorithms

可以透過使用std::async 和std::future 函數將STL 演算法並行化。 std::async 啟動一個非同步任務，傳回指向該任務產生的 std::future 物件的句柄。

// 计算无序向量中所有整数的总和
std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
int sum = 0;

// 并行化 for_each 算法
std::for_each(numbers.begin(), numbers.end(), [&](int n) {
  std::future<int> result = std::async(std::launch::async, [] { return n * n; });

  // 在另一个线程中执行的计算
  sum += result.get();
});

std::cout << "Sum: " << sum << std::endl;

Using Executors

執行器是並發性函式庫的一部分，提供了跨執行緒池管理任務的抽象。可以使用 std::execution::parallel_unsequenced 策略在執行器上並行化 STL 演算法。

// 查找向量中所有奇数
std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
std::vector<int> oddNumbers;

// 使用执行器上的 parallel_unsequenced 策略
std::execution::parallel_unsequenced(numbers.begin(), numbers.end(),
                                    [&](int n) { if (n % 2) oddNumbers.push_back(n); });

std::cout << "Odd numbers: ";
for (int n : oddNumbers) {
  std::cout << n << " ";
}
std::cout << std::endl;

實戰案例

並行化圖像處理管道

想像一下，您有一個管道來處理圖像，包括調整大小、轉換和儲存影像操作。透過並行化這些操作，您可以顯著提高管道吞吐量。

// 图像处理管道
struct ImageProcessingPipeline {
  // 调整大小
  std::vector<std::future<cv::Mat>> resizeTasks;

  // 转换
  std::vector<std::future<cv::Mat>> convertTasks;

  // 保存
  std::vector<std::future<void>> saveTasks;

  // 执行管道
  std::vector<cv::Mat> execute(const std::vector<cv::Mat>& images) {
    for (const cv::Mat& image : images) {
      // 并行化调整大小
      resizeTasks.emplace_back(std::async(std::launch::async,
                                         [&image] { return resize(image, 500, 500); }));
    }

    // 等待所有调整大小的任务完成
    for (auto& task : resizeTasks) task.get();

    // 并行化转换
    for (auto& resizedImage : resizeTasks) {
      convertTasks.emplace_back(
          std::async(std::launch::async, [&resizedImage] { return convert(resizedImage); }));
    }

    // 等待所有转换任务完成
    for (auto& task : convertTasks) task.get();

    // 并行化保存
    for (auto& convertedImage : convertTasks) {
      saveTasks.emplace_back(std::async(std::launch::async,
                                     [&convertedImage](const std::string& path) { return save(convertedImage, path); },
                                     "output/image_" + std::to_string(i) + ".jpg"));
    }

    // 等待所有保存任务完成
    for (auto& task : saveTasks) task.get();
  }
};

透過使用 STL 的並發性工具和執行器，您可以在 C++ 中輕鬆開發高效的分散式運算應用程式。

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