C++的异步编程: std::future, std::async 和 std::promise

在 C++ 中，std::future 和 std::async 是 C++11 标准并发库的一部分。它们允许您异步/Asynchronous运行任务并在稍后获取结果，非常适合编写非阻塞代码和并行化计算。以下是它们的工作原理和典型用法。

C++ std::async

std::async 是一个高级函数，允许您异步启动一个任务（一个可调用对象，如函数或 lambda）。您指定要运行的函数，std::async 返回一个表示该函数结果的 std::future。您可以稍后获取该结果，无论是任务完成时还是您需要时。

#include <iostream>
#include <future>
#include <chrono>
 
int compute() {
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));  // 模拟工作
    return 42;  // 计算结果
}
 
int main() {
    // 异步启动任务
    std::future<int> result = std::async(std::launch::async, compute);
 
    // 当 compute() 运行时执行其他任务...
 
    // 获取 compute() 的结果（如果任务未完成则会等待）
    int value = result.get();
    std::cout << "结果: " << value << std::endl;
 
    return 0;
}

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

int compute() {
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));  // 模拟工作
    return 42;  // 计算结果
}

int main() {
    // 异步启动任务
    std::future<int> result = std::async(std::launch::async, compute);

    // 当 compute() 运行时执行其他任务...

    // 获取 compute() 的结果（如果任务未完成则会等待）
    int value = result.get();
    std::cout << "结果: " << value << std::endl;

    return 0;
}

在此示例中：

std::async(std::launch::async, compute) 异步启动 compute()，返回一个 std::future 对象。
result.get() 调用等待任务完成（如果尚未完成）然后获取结果。

C++ std::launch 策略

std::launch::async: 强制任务在新线程上异步运行。
std::launch::deferred: 推迟执行直到 future 上调用 get() 或 wait()，使其同步运行。

如果省略策略，C++ 可能根据实现定义的标准选择其中之一。

C++ std::future

std::future 是一个类模板，表示稍后获取的结果。它本质上是一个异步操作结果的占位符。

关键方法

get(): 如果结果尚未完成则等待并获取结果。调用 get() 后，std::future 变为空。
wait(): 等待任务完成，但不获取结果。
valid(): 如果 std::future 具有共享状态（即有结果可用）返回 true。
wait_for() 和 wait_until(): 等待特定时间或直到结果可用的截止时间。

带有 wait_for 的示例

if (result.wait_for(std::chrono::seconds(1)) == std::future_status::ready) {
    std::cout << "结果已就绪: " << result.get() << std::endl;
} else {
    std::cout << "仍在等待结果..." << std::endl;
}

if (result.wait_for(std::chrono::seconds(1)) == std::future_status::ready) {
    std::cout << "结果已就绪: " << result.get() << std::endl;
} else {
    std::cout << "仍在等待结果..." << std::endl;
}

此代码检查结果是否在 1 秒内就绪。如果没有就绪则继续执行，不阻塞。

C++ std::promise

对于更高级的用法，std::promise 允许您手动设置 std::future 的结果。std::promise 对象提供一个 std::future，您可以显式设置结果。

#include <iostream>
#include <future>
#include <thread>
 
void setPromise(std::promise<int> p) {
    p.set_value(10);  // 设置 promise 的结果
}
 
int main() {
    std::promise<int> p;
    std::future<int> f = p.get_future();  // 从 promise 获取 future
 
    std::thread t(setPromise, std::move(p));  // 将 promise 传递给线程
    t.join();
 
    std::cout << "promise 的结果: " << f.get() << std::endl;  // 获取结果
    return 0;
}

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

void setPromise(std::promise<int> p) {
    p.set_value(10);  // 设置 promise 的结果
}

int main() {
    std::promise<int> p;
    std::future<int> f = p.get_future();  // 从 promise 获取 future

    std::thread t(setPromise, std::move(p));  // 将 promise 传递给线程
    t.join();

    std::cout << "promise 的结果: " << f.get() << std::endl;  // 获取结果
    return 0;
}

在此例子中，结果 10 是由 std::promise 设置的，std::future 可以通过 f.get() 获取。

C++ Future/Async/Promise 总结

std::async: 启动一个异步运行的任务，返回一个 std::future。
std::future: 表示将来会设置的值，通常是异步任务的返回值。
std::promise: 允许手动设置 std::future 的结果。

使用这些功能，您可以有效地管理 C++ 中的异步任务，更轻松地并行运行计算或将工作分配给其他线程而不阻塞主线程。

英文：Tutorial on C++ Future, Async and Promise

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关键方法

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