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  • Qt之Concurrent Map和Map-Reduce

    简述

    QtConcurrent::map()、QtConcurrent::mapped() 和 QtConcurrent::mappedReduced() 函数对一个序列中(例如:QList、QVector)的项目并行地进行计算。QtConcurrent::map() 就地修改一个序列,QtConcurrent::mapped() 返回一个包含修改内容的新序列,QtConcurrent::mappedReduced() 返回一个单一的结果。

    这些函数是 Qt之Concurrent框架 的一部分。

    上述的每个函数都有一个 blocking 变量,其返回的是最终结果,而不是一个 QFuture。可以用和异步变量同样的方式来使用它们。

    QList<QImage> images = ...;
    
    // 每次调用都会被阻塞,直到整个操作完成
    QList<QImage> future = QtConcurrent::blockingMapped(images, scaled);
    
    QtConcurrent::blockingMap(images, scale);
    
    QImage collage = QtConcurrent::blockingMappedReduced(images, scaled, addToCollage);

    注意:上述的结果类型不是 QFuture 对象,而是实际结果类型(在这种情况下,是 QList<QImage>和 QImage)。

    Concurrent Map

    QtConcurrent::mapped() 接受一个输入序列和一个 map 函数,该 map 函数被序列中的每一项调用,并返回一个包含 map 函数返回值的新序列。

    map 函数必须是以下形式:

    U function(const T &t);

    T 和 U 可以是任意类型(它们甚至可以是同一类型),但是 T 必须匹配存储在序列中的类型,该函数返回修改或映射的内容。

    下面示例,介绍了如何为序列中的每一项应用一个 scale 函数:

    QImage scaled(const QImage &image)
    {
        return image.scaled(100, 100);
    }
    
    QList<QImage> images = ...;
    QFuture<QImage> thumbnails = QtConcurrent::mapped(images, scaled);

    map 的结果通过 QFuture 提供。有关如何在应用程序中使用 QFuture 的更多信息,请参阅 QFuture 和 QFutureWatcher 文档。

    如果想就地修改一个序列,使用 QtConcurrent::map()。map 函数必须是以下形式:

    U function(T &t);

    注意: map 函数的返回值、返回类型没有被使用。

    使用 QtConcurrent::map() 和使用 QtConcurrent::mapped() 类似:

    void scale(QImage &image)
    {
        image = image.scaled(100, 100);
    }
    
    QList<QImage> images = ...;
    QFuture<void> future = QtConcurrent::map(images, scale);

    由于该序列被就地修改,QtConcurrent::map() 不通过 QFuture 返回任何结果。然而,仍然可以使用 QFuture 和 QFutureWatcher 监控 map 的状态。

    Concurrent Map-Reduce

    QtConcurrent::mappedReduced() 类似于 QtConcurrent::mapped(),但是不是返回具有新结果的序列,而是使用 reduce 函数将结果组合成单个值。

    reduce 函数必须是以下形式:

    V function(T &result, const U &intermediate)

    T 是最终结果的类型,U 是 map 函数的返回类型。注意: reduce 函数的返回值、返回类型没有被使用。

    调用 QtConcurrent::mappedReduced() 如下所示:

    void addToCollage(QImage &collage, const QImage &thumbnail)
    {
        QPainter p(&collage);
        static QPoint offset = QPoint(0, 0);
        p.drawImage(offset, thumbnail);
        offset += ...;
    }
    
    QList<QImage> images = ...;
    QFuture<QImage> collage = QtConcurrent::mappedReduced(images, scaled, addToCollage);

    对于 map 函数返回的每个结果,reduce 函数将被调用一次,并且应该将中间体合并到结果变量中。QtConcurrent::mappedReduced() 保证一次只有一个线程调用 reduce,所以没有必要用一个 mutex 锁定结果变量。QtConcurrent::ReduceOptions 枚举提供了一种方法来控制 reduction 完成的顺序。如果使用 QtConcurrent::UnorderedReduce(默认),顺序是不确定的;而 QtConcurrent::OrderedReduce 确保 reduction 按照原始序列的顺序完成。

    附加 API 功能

    使用迭代器而不是序列

    上述每个函数都有一个变量,需要一个迭代器范围,而不是一个序列。可以用和序列变量同样的方式来使用它们。

    QList<QImage> images = ...;
    
    QFuture<QImage> thumbnails = QtConcurrent::mapped(images.constBegin(), images.constEnd(), scaled);
    
    // map 仅就地运行在 non-const 迭代器上
    QFuture<void> future = QtConcurrent::map(images.begin(), images.end(), scale);
    
    QFuture<QImage> collage = QtConcurrent::mappedReduced(images.constBegin(), images.constEnd(), scaled, addToCollage);

    Blocking 变量

    上述每个函数能有一个 blocking 变量,其返回的是最终结果,而不是一个 QFuture。可以用和异步变量同样的方式来使用它们。

    QList<QImage> images = ...;
    
    // 每次调用都会被阻塞,直到整个操作完成
    QList<QImage> future = QtConcurrent::blockingMapped(images, scaled);
    
    QtConcurrent::blockingMap(images, scale);
    
    QImage collage = QtConcurrent::blockingMappedReduced(images, scaled, addToCollage);

    注意:上述的结果类型不是 QFuture 对象,而是实际结果类型(在这种情况下,是 QList<QImage>和 QImage)。

    使用成员函数

    QtConcurrent::map()、QtConcurrent::mapped() 和 QtConcurrent::mappedReduced() 接受成员函数的指针,成员函数类类型必须与存储在序列中的类型匹配:

    // 挤压 QStringList 中的所有字符串
    QStringList strings = ...;
    QFuture<void> squeezedStrings = QtConcurrent::map(strings, &QString::squeeze);
    
    // 交换 images 列表中图片所有像素的 rgb 值
    QList<QImage> images = ...;
    QFuture<QImage> bgrImages = QtConcurrent::mapped(images, &QImage::rgbSwapped);
    
    // 创建一个列表中所有字符串长度的集合  
    QStringList strings = ...;
    QFuture<QSet<int> > wordLengths = QtConcurrent::mappedReduced(strings, &QString::length, &QSet<int>::insert);

    注意:当使用 QtConcurrent::mappedReduced() 时,可以自由地混合使用正常函数和成员函数:

    // 可以使用 QtConcurrent::mappedReduced() 混合正常函数和成员函数
    
    // 计算字符串列表的平均长度
    extern void computeAverage(int &average, int length);
    QStringList strings = ...;
    QFuture<int> averageWordLength = QtConcurrent::mappedReduced(strings, &QString::length, computeAverage);
    
    // 创建一个列表中所有图像颜色分布的集合
    extern int colorDistribution(const QImage &string);
    QList<QImage> images = ...;
    QFuture<QSet<int> > totalColorDistribution = QtConcurrent::mappedReduced(images, colorDistribution, QSet<int>::insert);

    使用函数对象

    QtConcurrent::map()、QtConcurrent::mapped() 和 QtConcurrent::mappedReduced() 接受函数对象,可用于向函数调用添加状态。result_type typedef 必须定义结果函数调用操作符的类型:

    struct Scaled
    {
        Scaled(int size)
        : m_size(size) { }
    
        typedef QImage result_type;
    
        QImage operator()(const QImage &image)
        {
            return image.scaled(m_size, m_size);
        }
    
        int m_size;
    };
    
    QList<QImage> images = ...;
    QFuture<QImage> thumbnails = QtConcurrent::mapped(images, Scaled(100));

    使用绑定函数参数

    如果想使用一个接受多个参数的 map 函数,可以使用 std::bind() 将其转换到接受一个参数的函数。如果 C++11 支持不可用,boost::bind()std::tr1::bind() 是合适的替代品。

    例如,使用 QImage::scaledToWidth():

    QImage QImage::scaledToWidth(int width, Qt::TransformationMode) const;

    scaledToWidth 接收三个参数(包括“this”指针),不能直接使用 QtConcurrent::mapped(),因为 QtConcurrent::mapped() 期望一个接收一个参数的函数。为了 QImage::scaledToWidth() 和 QtConcurrent::mapped() 一起使用,必须为 width 和 transformation mode 提供一个值:

    std::bind(&QImage::scaledToWidth, 100, Qt::SmoothTransformation)

    std::bind() 的返回值是一个具有以下签名的函数对象(functor):

    QImage scaledToWith(const QImage &image)

    这符合 QtConcurrent::mapped() 期望的,完整的示例变为:

    QList<QImage> images = ...;
    QFuture<QImage> thumbnails = QtConcurrent::mapped(images, std::bind(&QImage::scaledToWidth, 100 Qt::SmoothTransformation));

    更多参考

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