C++11中std::future的使用

╰半橙微兮° 2023-07-02 13:27 67阅读 0赞

C++11中的std::future是一个模板类。**std::future****提供了一种用于访问异步操作结果的机制**。**std::future****所引用的共享状态不能与任何其它异步返回的对象共享**(与std::shared\_future相反)( std::future references shared state that is not shared with any other asynchronous return objects (as opposed to std::shared\_future))。一个future是一个对象，它可以从某个提供者的对象或函数中检索值，如果在不同的线程中，则它可以正确地同步此访问(A future is an object that can retrieve a value from some provider object or function, properly synchronizing this access if in different threads)。

有效的future是与共享状态(shared state)关联的future对象，可以通过调用以下函数(provider)来构造future对象：std::async、std::promise::get\_future、std::packaged\_task::get\_future。future对象仅在它们是有效时才有用。

std::aysnc介绍参考：[https://blog.csdn.net/fengbingchun/article/details/104133494][https_blog.csdn.net_fengbingchun_article_details_104133494]

std::promise介绍参考：[https://blog.csdn.net/fengbingchun/article/details/104124174][https_blog.csdn.net_fengbingchun_article_details_104124174]

std::packaged\_task介绍参考：[https://blog.csdn.net/fengbingchun/article/details/104127352][https_blog.csdn.net_fengbingchun_article_details_104127352]

模板类std::future成员函数包括：

1. 构造函数：(1).不带参数的默认构造函数，此对象没有共享状态，因此它是无效的，但是可以通过移动赋值的方式将一个有效的future值赋值给它；(2).禁用拷贝构造；(3).支持移动构造。

2. 析构函数：销毁future对象，它是异常安全的。

3. get函数：(1).当共享状态就绪时，返回存储在共享状态中的值(或抛出异常)。(2).如果共享状态尚未就绪(即提供者尚未设置其值或异常)，则该函数将阻塞调用的线程直到就绪。(3).当共享状态就绪后，则该函数将取消阻塞并返回(或抛出)释放其共享状态，这使得future对象不再有效，因此对于每一个future共享状态，该函数最多应被调用一次。(4).std::future<void>::get()不返回任何值，但仍等待共享状态就绪并释放它。(5).共享状态是作为原子操作(atomic operation)被访问。

4. operator=：(1).禁用拷贝赋值。(2).支持移动赋值：如果在调用之前，此对象是有效的(即它已经访问共享状态)，则将其与先前已关联的共享状态解除关联。如果它是与先前共享状态关联的唯一对象，则先前的共享状态也会被销毁。

5. share函数：获取共享的future，返回一个std::shared\_future对象，该对象获取future对象的共享状态。future对象将不再有效。

6. valid函数：检查共享状态的有效性，返回当前的future对象是否与共享状态关联。一旦调用了std::future::get()函数，再调用此函数将返回false。

7. wait函数：(1).等待共享状态就绪。(2).如果共享状态尚未就绪(即提供者尚未设置其值或异常)，则该函数将阻塞调用的线程直到就绪。(3).当共享状态就绪后，则该函数将取消阻塞并void返回。

8. wait\_for函数：(1).等待共享状态在指定的时间内(time span)准备就绪。(2). 如果共享状态尚未就绪(即提供者尚未设置其值或异常)，则该函数将阻塞调用的线程直到就绪或已达到设置的时间。(3).此函数的返回值类型为枚举类future\_status。此枚举类有三种label：ready：共享状态已就绪；timeout：在指定的时间内未就绪；deferred：共享状态包含了一个延迟函数(deferred function)。

9. wait\_until函数：(1). 等待共享状态在指定的时间点(time point)准备就绪。(2). 如果共享状态尚未就绪(即提供者尚未设置其值或异常)，则该函数将阻塞调用的线程直到就绪或已达到指定的时间点。(3).此函数的返回值类型为枚举类future\_status。

详细用法见下面的测试代码，下面是从其他文章中copy的测试代码，部分作了调整，详细内容介绍可以参考对应的reference：

#include "future.hpp"
    #include <iostream>
    #include <future>
    #include <chrono>
    #include <utility>
    #include <thread>
    
    namespace future_ {
    
    ///
    // reference: http://www.cplusplus.com/reference/future/future/
    int test_future_1()
    {
    { // constructor/get/operator=
    	auto get_value = []() { return 10; };
    	std::future<int> foo; // default-constructed
    	std::future<int> bar = std::async(get_value); // move-constructed
    
    	int x = bar.get();
    	std::cout << "value: " << x << '\n'; // 10
    
    	//int x2 = bar.get(); // crash, 对于每个future的共享状态，get函数最多仅被调用一次
    	//std::cout << "value: " << x2 << '\n';
    
    	std::future<int> foo2(std::async(get_value));
    	std::cout << "value: " << foo2.get() << '\n'; // 10
    }
    
    { // share
    	std::future<int> fut = std::async([]() { return 10; });
    	std::shared_future<int> shfut = fut.share();
    
    	//std::cout << "value: " << fut.get() << '\n'; // crash, 执行完fut.share()后，fut对象将变得无效
    	std::cout << "fut valid: " << fut.valid() << '\n';// 0
    
    	// shared futures can be accessed multiple times:
    	std::cout << "value: " << shfut.get() << '\n'; // 10
    	std::cout << "its double: " << shfut.get() * 2 << '\n'; // 20, 对于std::shared_future对象，get函数可以被多次访问
    }
    
    { // valid
    	std::future<int> foo, bar;
    	foo = std::async([]() { return 10; });
    	bar = std::move(foo);
    
    	if (foo.valid()) std::cout << "foo's value: " << foo.get() << '\n';
    	else std::cout << "foo is not valid\n"; // foo is not valid
    
    	if (bar.valid()) std::cout << "bar's value: " << bar.get() << '\n'; // 10
    	else std::cout << "bar is not valid\n";
    }
    
    { // wait
    	auto is_prime = [](int x) {
    		for (int i = 2; i < x; ++i) if (x%i == 0) return false;
    		return true;
    	};
    
    	// call function asynchronously:
    	std::future<bool> fut = std::async(is_prime, 194232491);
    
    	std::cout << "checking...\n";
    	fut.wait();
    
    	std::cout << "\n194232491 ";
    	if (fut.get()) // guaranteed to be ready (and not block) after wait returns
    		std::cout << "is prime.\n";
    	else
    		std::cout << "is not prime.\n";
    }
    
    { // wait_for
    	auto is_prime = [](int x) {
    		for (int i = 2; i < x; ++i) if (x%i == 0) return false;
    		return true;
    	};
    
    	// call function asynchronously:
    	std::future<bool> fut = std::async(is_prime, 700020007);
    
    	// do something while waiting for function to set future:
    	std::cout << "checking, please wait";
    	std::chrono::milliseconds span(100);
    	while (fut.wait_for(span) == std::future_status::timeout) // 可能多次调用std::future::wait_for函数
    		std::cout << '.';
    
    	bool x = fut.get(); // retrieve return value
    	std::cout << "\n700020007 " << (x ? "is" : "is not") << " prime.\n";
    }
    
    	return 0;
    }
    
    ///
    // reference: https://en.cppreference.com/w/cpp/thread/future
    int test_future_2()
    {
    	// future from a packaged_task
    	std::packaged_task<int()> task([] { return 7; }); // wrap the function
    	std::future<int> f1 = task.get_future();  // get a future
    	std::thread t(std::move(task)); // launch on a thread
    
    	// future from an async()
    	std::future<int> f2 = std::async(std::launch::async, [] { return 8; });
    
    #ifdef _MSC_VER
    	// future from a promise
    	std::promise<int> p;
    	std::future<int> f3 = p.get_future();
    	std::thread([&p] { p.set_value_at_thread_exit(9); }).detach(); // gcc 4.9 don't support this function
    #endif
    
    	std::cout << "Waiting..." << std::flush;
    	f1.wait();
    	f2.wait();
    #ifdef _MSC_VER
    	f3.wait();
    #endif
    	std::cout << "Done!\nResults are: " << f1.get() << ' ' << f2.get() << ' '
    #ifdef _MSC_VER
    		<< f3.get()
    #endif
    		<< '\n';
    	t.join();
    
    	return 0;
    }
    
    ///
    // reference: https://thispointer.com/c11-multithreading-part-8-stdfuture-stdpromise-and-returning-values-from-thread/
    void initiazer(std::promise<int> * promObj)
    {
    	std::cout << "Inside Thread" << std::endl;
    	promObj->set_value(35);
    }
    
    int test_future_3()
    {
    	std::promise<int> promiseObj;
    	std::future<int> futureObj = promiseObj.get_future();
    	std::thread th(initiazer, &promiseObj);
    	std::cout << "value: " << futureObj.get() << std::endl;
    	th.join();
    
    	// If std::promise object is destroyed before setting the value the calling get() function on associated std::future object will throw exception.
    	// A part from this, if you want your thread to return multiple values at different point of time then
    	// just pass multiple std::promise objects in thread and fetch multiple return values from thier associated multiple std::future objects.
    
    	return 0;
    }
    
    } // namespace future_

**GitHub**：[https://github.com/fengbingchun/Messy\_Test][https_github.com_fengbingchun_Messy_Test]

[https_blog.csdn.net_fengbingchun_article_details_104133494]: https://blog.csdn.net/fengbingchun/article/details/104133494
[https_blog.csdn.net_fengbingchun_article_details_104124174]: https://blog.csdn.net/fengbingchun/article/details/104124174
[https_blog.csdn.net_fengbingchun_article_details_104127352]: https://blog.csdn.net/fengbingchun/article/details/104127352
[https_github.com_fengbingchun_Messy_Test]: https://github.com/fengbingchun/Messy_Test