C++11的异步操作

• 简介
• 一、std::future
• • 1.1、future的类型
  • 1.2、future的使用
  • 1.3、使用示例
• 二、std::packaged_task
• 三、std::promise
• 总结

简介

C++提供如下的异步操作接口：

1. std::future ：异步指向某个任务，然后通过future特性去获取任务函数的返回结果。
2. std::aysnc ：异步运行某个任务函数。 std::promise ：线程1设置了某个值，然后通知另外的线程，可以省去消息通信。
3. std::packaged_task ：将任务和feature绑定在一起的模板，是一种对任务的封装。

一、std::future

std::future期待一个返回，从一个异步调用的角度来说，future更像是执行函数的返回值，C++标准库使用std::future为一次性事件建模，如果一个事件需要等待特定的一次性事件，那么这线程可以获取一个future对象来代表这个事件。

异步调用往往不知道何时返回，但是如果异步调用的过程需要同步，或者说后一个异步调用需要使用前一个异步调用的结果；这个时候就要用到future。

线程可以周期性的在这个future上等待一小段时间，检查future是否已经ready，如果没有，该线程可以先去做另一个任务，一旦future就绪，该future就无法复位（无法再次使用这个future等待这个事件），所以future代表的是一次性事件。

1.1、future的类型

在库的头文件中声明了两种future，唯一future（std::future）和共享future（std::shared_future）这两个是参照std::unique_ptr和std::shared_ptr设立的，前者的实例是仅有的一个指向其关联事件的实例，而后者可以有多个实例指向同一个关联事件，当事件就绪时，所有指向同一事件的std::shared_future实例会变成就绪。

future的三种用法：

• 使用模板自己定义类型，比如std::future test=std::async(func); 。
• 使用decltype推导函数返回类型，比如std::future test=std::async(func);。
• 使用auto，比如auto test=std::async(func);。

注意，使用decltype推导函数的返回类型，如果函数是带参数的，需要传入函数的参数值，而不是参数类型。

std::future test=std::async(func,1,2);//错误的
std::future test=std::async(func,1,2);//正确的

1.2、future的使用

std::future是一个模板，例如std::future，模板参数就是期待返回的类型，虽然future被用于线程间通信，但其本身却并不提供同步访问，热门必须通过互斥元或其他同步机制来保护访问。

future使用的时机是当你不需要立刻得到一个结果的时候，你可以开启一个线程帮你去做一项任务，并期待这个任务的返回，但是std::thread并没有提供这样的机制，这就需要用到std::async和std::future（都在头文件中声明）std::async返回一个std::future对象，而不是给你一个确定的值（所以当你不需要立刻使用此值的时候才需要用到这个机制）。当你需要使用这个值的时候，对future使用get()，线程就会阻塞直到future就绪，然后返回该值。

1.3、使用示例

#include 
#include 
#include 
using namespace std;int find_result_to_add()
{std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));// 用来测试异步延迟的影响return 1+1;
}int find_result_to_add2(int a,int b)
{std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));return a+b;
}void do_other_things()
{std::cout << "Hello World" << std::endl;
}
int main(int argc,char **argv)
{// 1future result=std::async(find_result_to_add);do_other_things();std::cout << "result: " << result.get() << std::endl;// 2future result2=async(find_result_to_add2,10,20);do_other_things();std::cout << "result2: " << result2.get() << std::endl;// 3auto result3=async(find_result_to_add2,10,20);//推荐std::cout << "result3: " << result3.get() << std::endl;return 0;
}

运行结果：

Hello World
result: 2
Hello World
result2: 30
result3: 30

跟thread类似，async允许你通过将额外的参数添加到调用中，来将附加参数传递给函数。如果传入的函数指针是某个类的成员函数，则还需要将类对象指针传入（直接传入，传入指针，或者是std::ref封装）。
默认情况下，std::async是否启动一个新线程，或者在等待future时，任务是否同步运行都取决于你给的参数。这个参数为std::launch类型：

• std::launch::defered，表明该函数会被延迟调用，直到在future上调用get()或者wait()为止 。
• std::launch::async，表明函数会在自己创建的线程上运行 。
• std::launch::any = std::launch::defered | std::launch::async 。
• std::launch::sync = std::launch::defered 。

enum class launch { async,deferred,sync=deferred,any=async|deferred 
};

注意：默认选项参数被设置为std::launch::any。如果函数被延迟运行可能永远都不会运行。

二、std::packaged_task

如果说std::async和std::feature还是分开看的关系的话，那么std::packaged_task就是将任务和feature绑定在一起的模板，是一种封装对任务的封装。

std::packaged_task包装任何可调用目标(函数、lambda表达式、绑定表达式或其他函数对象)，以便可以异步调用它。它的返回值或抛出的异常存储在共享状态中，可以通过std::future对象访问。

可以通过std::packaged_task对象获取任务相关联的feature，调用get_future()方法可以获得std::packaged_task对象绑定的函数的返回值类型的future。std::packaged_task的模板参数是函数签名（例如int add(int a, intb)的函数签名就是int(int, int) ）。

使用示例：

#include  
#include  
using namespace std; 
int add(int a, int b) 
{ return a + b; 
}
void do_other_things() {std::cout << "Hello World" << std::endl; 
}
int main() 
{ std::packaged_task task(add); //封装任务，不会执行add(...)std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));// 用来测试异步延迟的影响do_other_things(); std::future result = task.get_future(); // 只是获取futuretask(1, 1);                            // 必须要让任务执行，否则在get()获取future的值时会一直阻塞 std::cout << result.get() << std::endl; return 0; 
}

三、std::promise

从字面意思上理解promise代表一个承诺。promise比std::packaged_task抽象层次低。
std::promise提供了一种设置值的方式，它可以在这之后通过相关联的std::future对象进行读取。换种说法，之前已经说过std::future可以读取一个异步函数的返回值了，那么这个std::promise就提供一种方式手动让future就绪。

使用示例：

#include  
#include  
#include 
#include using namespace std; void print(std::promise& p)
{ p.set_value("There is the result whitch you want."); //set_value之后，就可以get()到
}
void do_some_other_things() 
{ std::cout << "Hello World" << std::endl; 
}
int main() 
{ std::promise promise; std::future result = promise.get_future(); std::thread t(print, std::ref(promise)); do_some_other_things(); std::cout << result.get() << std::endl; //等待promise的返回t.join(); return 0; 
}

由此可以看出在promise创建好的时候future也已经创建好了线程在创建promise的同时会获得一个future，然后将promise传递给设置他的线程，当前线程则持有future，以便随时检查是否可以取值。

总结

future的表现为期望，当前线程持有future时，期望从future获取到想要的结果和返回，可以把future当做异步函数的返回值。而promise是一个承诺，当线程创建了promise对象后，这个promise对象向线程承诺他必定会被人设置一个值，和promise相关联的future就是获取其返回的手段。