掌握C++并发利器：future与promise详解（C++异步编程入门指南）

基本概念解析

• std::promise：用于在一个线程中“设置”一个值、异常或状态，作为未来某个操作的结果。
• std::future：用于在另一个线程中“获取”由 promise 设置的值。它代表一个可能尚未完成的异步操作的结果。
• 每个 promise 只能关联一个 future，通过 promise.get_future() 获取。

简单示例：基础用法

下面是一个最简单的例子，展示如何使用 promise 和 future 在主线程和子线程之间传递数据：

#include <iostream>#include <thread>#include <future>void setValue(std::promise<int>&& prom) {    // 模拟一些耗时操作    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));        // 设置值（兑现承诺）    prom.set_value(42);}int main() {    // 创建一个 promise    std::promise<int> prom;        // 从 promise 获取对应的 future    std::future<int> fut = prom.get_future();        // 启动一个新线程，传入 promise    std::thread t(setValue, std::move(prom));        // 主线程可以做其他事情...    std::cout << "等待结果...\n";        // 获取 future 的值（会阻塞直到值被设置）    int result = fut.get();    std::cout << "结果是: " << result << std::endl;        t.join();    return 0;}

在这个例子中：

1. 我们创建了一个 std::promise<int> 对象 prom。
2. 调用 prom.get_future() 得到一个 std::future<int> 对象 fut。
3. 启动一个新线程，并将 prom 移动过去（因为 promise 不可复制）。
4. 在子线程中，经过 2 秒延迟后，调用 prom.set_value(42) 设置值。
5. 主线程调用 fut.get() 等待并获取结果。

处理异常

除了设置正常值，promise 还可以设置异常。这在异步操作出错时非常有用：

void setException(std::promise<int>&& prom) {    try {        throw std::runtime_error("出错了！");    } catch (...) {        // 将当前异常传递给 promise        prom.set_exception(std::current_exception());    }}// 在 main 中：// std::future<int> fut = prom.get_future();// ...// try {//     int result = fut.get(); // 这里会抛出异常// } catch (const std::exception& e) {//     std::cout << "捕获异常: " << e.what() << std::endl;// }

与 async 和 packaged_task 的关系

除了手动使用 promise 和 future，C++ 还提供了更高层的抽象：

• std::async：自动启动异步任务并返回一个 future，内部使用了 promise/future 机制。
• std::packaged_task：将可调用对象包装成一个任务，调用时自动设置其 future 的值。

但理解底层的 C++ future 和 C++ promise 机制，有助于你更灵活地设计复杂的C++多线程程序。

注意事项

• future.get() 只能调用一次，第二次调用会抛出异常。
• 如果 promise 被销毁但从未调用 set_value 或 set_exception，则其关联的 future 在调用 get() 时会抛出 std::future_error。
• promise 不可复制，只能移动（move-only）。

总结

C++ future 和 C++ promise 是 C++11 引入的强大工具，为C++异步编程提供了标准化的解决方案。通过它们，我们可以安全、高效地在线程间传递结果或异常，避免竞态条件和数据竞争。掌握它们的使用，是迈向高级C++多线程编程的重要一步。

希望这篇教程能帮助你轻松理解 future 和 promise！动手写几个小例子，你会掌握得更快。