C++之std::future：理解并掌握异步编程的利器

引言

最近因为项目要求用c++，之前一直很讨厌c++，没办法只能短时间弥补c++的知识，项目中要设计一个线程池，需要取线程池任务的执行结果，这里涉及到c++的future关键字，在这里做个总结。

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在C++的世界里，std::future是一种非常重要的工具，它让我们能够以异步的方式执行代码，并在需要的时候获取结果。随着C++11标准的引入，std::future成为了C++标准库的一部分，它为我们提供了强大的异步编程支持。

std::future,基本概念

std::future是C++的一种模板类，它代表了一个异步操作的结果。通过使用std::future，我们可以将一个异步操作封装成一个对象，然后在需要的时候获取结果。通常，std::future是与另一个线程协同工作的结果。

(1) 创建std::future对象

使用std::async函数来创建一个异步操作，并返回一个std::future对象：

std::future fut = std::async(std::launch::async, [](){ /* 执行一些异步操作 */ });

这里使用std::async启动了一个异步操作，并返回一个std::future对象。这个异步操作可以是任意的函数或可调用对象，而返回值则是该操作的返回值。

(2) 获取std::future的结果

一旦异步操作完成，就可以通过调用std::future::get函数来获取结果。例如：

int result = fut.get(); // 阻塞等待结果并获取

通过调用fut.get()来获取异步操作的结果。如果结果还未就绪，调用get()将导致当前线程阻塞，直到结果就绪为止。

(3) 异常处理

当异步操作抛出异常时，我们可以使用std::future::get来获取异常信息。例如：

try {  
    fut.get(); // 获取结果并处理异常  
} catch (const std::exception& e) {  
    // 处理异常情况  
}

通过调用fut.get()来获取异步操作的结果。如果异步操作抛出了异常，那么这个异常将被传递给调用get()的线程，我们可以通过捕获异常来处理这种情况。

举个栗子

定义一个简单的任务类Task，它接受一个整数参数作为标识符，并在执行时计算该标识符的两倍值并返回。然后，我们创建了一个包含4个任务的vector，并使用std::async函数将每个任务提交到线程池中。每个任务返回一个std::future对象，代表了异步操作的结果。然后遍历所有的std::future对象，并通过调用get()函数获取结果。注意，调用get()函数会阻塞当前线程，直到结果就绪为止。最后，将每个任务的计算结果打印到终端。

#include 
#include 
#include 
#include 

// 定义一个简单的任务类
class Task {
public:
    Task(int id) : id(id) {}

    int operator()() {
        // 执行一些异步操作
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));
        return result = id * 2; // 计算结果
    }

    int getResult() const {
        return result;
    }

private:
    int id; // 任务的标识符
    int result; // 计算结果
};

int main() {
    // 创建一个包含4个任务的向量
    std::vector tasks = {Task(1), Task(2), Task(3), Task(4)};

    // 创建一个线程池，并提交任务到线程池
    std::vector> futures;
    for (auto& task : tasks) {
        futures.push_back(std::async(std::launch::async, task));
    }

    // 遍历未来的结果，并打印出来
    for (auto& future : futures) {
        std::cout << "Result: " << future.get() << std::endl; // 阻塞等待结果并获取
    }

    return 0;
}

使用g++编译执行结果：因为future实现使用了pthread，所有编译要带上-lpthread

总结

为什么关注 std::future呢？因为std::future 提供了一种高效的方式来处理异步操作，使得程序可以充分利用多核处理器和异步任务执行的优势。通过使用 std::future，可以更轻松地实现并发性和异步性，提高程序的性能和响应能力。

std::future 作为 C++ 中异步编程的关键部分，其内核实现涉及复杂的多线程和异步任务机制。理解其内部原理对于编写高效、并发的程序至关重要。通过合理利用 std::future，能够在保持代码清晰易懂的同时，充分发挥异步编程的优势。

分享标题：C++之std::future：理解并掌握异步编程的利器
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