C++11中std::future的具体使用方法

下面是详细讲解C++11中std::future的具体使用方法的完整攻略。

什么是std::future?

在C++11中，std::future是C++标准库中的一个异步计算和延迟计算结果的类。它可以通过一个异步操作返回一个异步计算结果、异常或者延迟结果。std::future的设计遵循了“promise-future”模式，一个地方产生异步结果，另一个地方获取结果，期间隔离了线程之间的关系，让开发者能够轻松实现多线程操作。

std::future的使用方法

1. std::future的定义和初始化

std::future的定义需要包含头文件 #include <future> 才能使用，在声明时需指定异步操作的返回值类型。在实例化std::future模板类时会自动开启一个新的管理线程，任务执行的结果可以通过std::future对象获得。使用std::future的时候一定要注意std::future对象的生命周期一定要比异步任务的生命周期要长，否则会发生未定义行为。

代码示例

#include <iostream>
#include <future>

int main() {
    // 实例化一个int类型的std::future对象
    std::future<int> fut = std::async(std::launch::async, [](){
        return 1 + 2;
    });

    // 等待异步任务完成，获取异步计算结果
    int result = fut.get();
    std::cout << "async result = " << result << std::endl;

    return 0;
}

2. std::future的等待和获取结果

std::future的等待和获取结果是异步任务的执行和数据获取的核心部分。使用std::future::wait()可以让主线程在一个有效的占用期等待异步任务执行完成。使用std::future::get()可以在异步任务执行完成后，获取它所产生的结果。

代码示例

#include <iostream>
#include <future>

int main() {
    // 实例化一个int类型的std::future对象
    std::future<int> fut = std::async(std::launch::async, [](){
        // 休眠2s
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));
        return 1 + 2;
    });

    // 等待异步任务完成
    fut.wait();

    // 获取异步计算结果
    int result = fut.get();
    std::cout << "async result = " << result << std::endl;

    return 0;
}

3. std::promise和std::future的配合使用

std::promise和std::future是“promise-future”模式的实现，它们是异步操作和异步计算结果的桥梁。

std::promise是一个用于保存一次异步结果的对象，可以在任何时间保存异步结果并在需要时将其传递给与之关联的std::future。使用std::promise::set_value()将异步结果保存在std::promise对象中。

代码示例

#include <iostream>
#include <future>

int main() {
    // 实例化一个int类型的std::promise对象
    std::promise<int> promise;

    // 获取std::future对象
    std::future<int> fut = promise.get_future();

    // 实例化一个新线程异步计算
    std::thread([](std::promise<int>& prom){
        prom.set_value(1 + 2);
    }, std::ref(promise)).detach();

    // 获取异步计算结果
    int result = fut.get();
    std::cout << "async result = " << result << std::endl;

    return 0;
}

4. 多个异步操作的配合

使用std::future实现多个异步操作的配合十分简单。可以使用std::async()实现多线程并发执行异步操作，再使用std::future::get()等待执行结果。

代码示例

#include <iostream>
#include <future>

int main() {
    // 实例化两个std::future对象
    std::future<int> fut1 = std::async(std::launch::async, [](){
        return 1 + 2;
    });
    std::future<int> fut2 = std::async(std::launch::async, [](){
        return 3 + 4;
    });

    // 等待两个异步任务完成，获取结果
    int result1 = fut1.get();
    std::cout << "async result 1 = " << result1 << std::endl;

    int result2 = fut2.get();
    std::cout << "async result 2 = " << result2 << std::endl;

    return 0;
}

总结

std::future在C++11中成为了一个强大的异步编程库，它能够让开发者更加方便的完成多线程、异步操作和异步计算结果的处理，实现了对异步计算的管理和执行。本文详细讲了std::future的定义、初始化、等待、获取结果、promise和future的配合使用，以及多线程异步操作都是怎么完成的，尤其是给出了每一部分对应的示例案例，让开发者可以更加清晰的了解这一库的使用。