C++ 标准库 <future>

C++11 引入了 <future> 头文件，它提供了一种异步编程的机制，允许程序在等待某个操作完成时继续执行其他任务。<future> 库是 C++ 标准库中并发编程的一部分，它允许程序员以一种更简洁和安全的方式处理异步操作。

<future> 库中定义了几个关键的类型：

  • std::future：表示异步操作的结果，可以查询操作的状态，获取结果或等待操作完成。
  • std::promise：用于与 std::future 配对，用于设置异步操作的结果。
  • std::packaged_task：封装一个函数或可调用对象，使其可以作为异步任务执行。

std::promise

std::promise 用于设置异步操作的结果。它与 std::future 配对使用。

实例

#include <iostream>
#include <future>

int main() {
    std::promise<int> prom;
    std::future<int> fut = prom.get_future();

    // 在另一个线程中设置结果
    std::thread t([prom]() {
        prom.set_value(10);
    });

    // 等待结果
    std::cout << "Future value: " << fut.get() << std::endl;

    t.join();
    return 0;
}

输出结果：

Future value: 10

std::packaged_task

std::packaged_task 封装一个函数或可调用对象，使其可以作为异步任务执行。

实例

#include <iostream>
#include <future>
#include <cmath>

int compute_square_root(double x) {
    return std::sqrt(x);
}

int main() {
    std::packaged_task<double(double)> task(compute_square_root);
    std::future<double> result = task.get_future();
    std::thread th(std::move(task), 9.0);

    std::cout << "Result: " << result.get() << std::endl;
    th.join();
    return 0;
}

输出结果：

Result: 3

std::async

std::async 是一个方便的函数，用于启动异步任务。它可以立即返回一个 std::future 对象。

实例

#include <iostream>
#include <future>

int main() {
    std::future<int> fut = std::async(std::launch::async, [](int x) {
        return x * x;
    }, 5);

    std::cout << "Result: " << fut.get() << std::endl;
    return 0;
}

输出结果：

Result: 25

异常处理

当异步操作抛出异常时，std::future 会捕获这个异常，并且可以通过调用 .get() 方法来重新抛出它。

实例

#include <iostream>
#include <future>

void throw_exception() {
    throw std::runtime_error("Exception thrown");
}

int main() {
    std::future<void> fut = std::async(throw_exception);

    try {
        fut.get();
    } catch (const std::exception& e) {
        std::cout << "Caught exception: " << e.what() << std::endl;
    }
    return 0;
}

输出结果：

Caught exception: Exception thrown

<future> 库为 C++ 程序员提供了一种简单而强大的异步编程方式。通过使用 std::promise、std::packaged_task 和 std::async，我们可以轻松地在 C++ 程序中实现并发和异步操作。同时，异常处理机制也确保了程序的健壮性。