C++11之std::future对象的使用以及说明

C++11中的std::future对象是一种异步编程的工具，可以让我们更加方便地进行异步操作。在本文中，我们将详细讲解如何使用std::future对象以及它的几个重要特点。

什么是std::future对象？

std::future是C++11中的异步编程工具之一，是表示异步操作结果的一个类模板。当我们进行异步操作时，可以使用std::future来获取该操作的结果。

std::future对象的使用

使用std::future对象需要包含头文件，并使用std::async函数来创建一个异步操作，该函数会返回一个std::future对象，我们可以使用该对象来获取异步操作的结果。

下面是一个简单的示例，用于计算一个数组的总和，并输出结果：

#include <future>
#include <iostream>

int sum(int* arr, int n)
{
    int s = 0;
    for (int i = 0; i < n; ++i)
    {
        s += arr[i];
    }
    return s;
}

int main()
{
    int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};
    int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
    std::future<int> result = std::async(std::launch::async, sum, arr, n);
    std::cout << "The sum is: " << result.get() << std::endl;
    return 0;
}

在上面的示例中，我们定义了一个sum函数，用于计算数组的总和。在主函数中，我们使用std::async函数创建一个异步任务，该任务会调用sum函数，并传入数组以及数组的大小作为参数。

std::async函数的第一个参数为一个std::launch枚举类型的常量，用于指定异步任务是在后台线程中运行还是在当前线程中运行（std::launch::async表示在后台线程中运行，std::launch::deferred表示在当前线程中运行）。在本例中，我们使用std::launch::async表示异步任务应该在后台线程中运行。std::async函数的后面两个参数是sum函数以及它的参数。

std::async函数会立即返回一个std::future对象，该对象用于获取异步操作的结果。在本例中，我们将这个std::future对象存储在result变量中。

接着，我们使用result.get()函数，来获取异步操作的结果。该函数会阻塞当前线程，直到异步操作完成，并返回操作的结果。在本例中，异步操作返回的是sum函数的结果，即数组的总和。

std::future对象的几个重要特点

在使用std::future对象时，需要注意以下几个特点：

1. 调用get()函数会阻塞当前线程，直到异步操作完成。如果异步操作永远不会完成，get()函数就会一直等待下去，导致当前线程被阻塞。为了避免这种情况，我们可以使用std::future_status枚举来检查异步操作的状态，从而使程序更加健壮。

下面是一个示例，演示如何使用std::future_status枚举来检查异步操作的状态：

std::future<int> result = std::async(std::launch::async, sum, arr, n);
std::future_status status = result.wait_for(std::chrono::milliseconds(100));
if (status == std::future_status::timeout)
{
    std::cout << "Timeout!" << std::endl;
}
else if (status == std::future_status::ready)
{
    std::cout << "The sum is: " << result.get() << std::endl;
}

在上面的示例中，我们使用result.wait_for()函数来检查异步操作的状态。该函数会阻塞当前线程，并返回异步操作的状态，如果状态为std::future_status::timeout表示异步操作还没有完成，在本例中我们输出“Timeout!”；如果状态为std::future_status::ready表示异步操作已经完成，在本例中我们输出结果。

1. std::future对象只能获取一次异步操作的结果，不能多次获取。如果我们需要多次获取异步操作的结果，就需要使用std::shared_future对象。

下面是一个示例，演示如何使用std::shared_future对象来多次获取异步操作的结果：

std::shared_future<int> result = std::async(std::launch::async, sum, arr, n);
std::cout << "The sum is: " << result.get() << std::endl;
std::cout << "The sum is: " << result.get() << std::endl;

在上面的示例中，我们使用std::shared_future对象来获取异步操作的结果，并多次调用get()函数来获取结果。

1. 异步操作的执行顺序是不确定的，即使我们创建的多个异步操作的顺序是确定的，它们也可能以任意顺序运行。如果我们需要控制异步操作的执行顺序，就需要使用std::async函数的std::launch::deferred参数，将异步操作推迟到调用get()函数时再执行。

下面是一个示例，演示如何使用std::launch::deferred参数来控制异步操作的执行顺序：

std::future<int> result1 = std::async(std::launch::deferred, sum, arr, n);
std::future<int> result2 = std::async(std::launch::deferred, sum, arr, n);
std::cout << "Result1: " << result1.get() << std::endl;
std::cout << "Result2: " << result2.get() << std::endl;

在上面的示例中，我们使用std::launch::deferred参数来创建异步操作，将它们推迟到调用get()函数时再执行。结果就是异步操作的执行顺序是确定的，先执行result1的异步操作，再执行result2的异步操作。

总结

std::future对象是C++11中的异步编程工具之一，可以表示异步操作的结果，使用时需要注意调用get()函数会阻塞当前线程，异步操作的执行顺序是不确定的，std::future对象只能获取一次异步操作的结果等几个特点。通过以上内容，相信大家已经了解了std::future对象的使用以及几个重要特点，在实际开发中可以更方便地进行异步编程。