C++的异步编程: std::future, std::async 和 std::promise
2024年11月11日 20:34
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; }
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; }
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; }
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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