引言

最近因?yàn)轫?xiàng)目要求用c++，之前一直很討厭c++，沒辦法只能短時(shí)間彌補(bǔ)c++的知識(shí)，項(xiàng)目中要設(shè)計(jì)一個(gè)線程池，需要取線程池任務(wù)的執(zhí)行結(jié)果，這里涉及到c++的future關(guān)鍵字，在這里做個(gè)總結(jié)。

在C++的世界里，std::future是一種非常重要的工具，它讓我們能夠以異步的方式執(zhí)行代碼，并在需要的時(shí)候獲取結(jié)果。隨著C++11標(biāo)準(zhǔn)的引入，std::future成為了C++標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的一部分，它為我們提供了強(qiáng)大的異步編程支持。

std::future,基本概念

std::future是C++的一種模板類，它代表了一個(gè)異步操作的結(jié)果。通過使用std::future，我們可以將一個(gè)異步操作封裝成一個(gè)對(duì)象，然后在需要的時(shí)候獲取結(jié)果。通常，std::future是與另一個(gè)線程協(xié)同工作的結(jié)果。

(1) 創(chuàng)建std::future對(duì)象

使用std::async函數(shù)來創(chuàng)建一個(gè)異步操作，并返回一個(gè)std::future對(duì)象：

std::future<int> fut = std::async(std::launch::async, [](){ /* 執(zhí)行一些異步操作 */ });

這里使用std::async啟動(dòng)了一個(gè)異步操作，并返回一個(gè)std::future對(duì)象。這個(gè)異步操作可以是任意的函數(shù)或可調(diào)用對(duì)象，而返回值則是該操作的返回值。

(2) 獲取std::future的結(jié)果

一旦異步操作完成，就可以通過調(diào)用std::future::get函數(shù)來獲取結(jié)果。例如：

int result = fut.get(); // 阻塞等待結(jié)果并獲取

通過調(diào)用fut.get()來獲取異步操作的結(jié)果。如果結(jié)果還未就緒，調(diào)用get()將導(dǎo)致當(dāng)前線程阻塞，直到結(jié)果就緒為止。

(3) 異常處理

當(dāng)異步操作拋出異常時(shí)，我們可以使用std::future::get來獲取異常信息。例如：

try {  
    fut.get(); // 獲取結(jié)果并處理異常  
} catch (const std::exception& e) {  
    // 處理異常情況  
}

通過調(diào)用fut.get()來獲取異步操作的結(jié)果。如果異步操作拋出了異常，那么這個(gè)異常將被傳遞給調(diào)用get()的線程，我們可以通過捕獲異常來處理這種情況。

舉個(gè)栗子

定義一個(gè)簡(jiǎn)單的任務(wù)類Task，它接受一個(gè)整數(shù)參數(shù)作為標(biāo)識(shí)符，并在執(zhí)行時(shí)計(jì)算該標(biāo)識(shí)符的兩倍值并返回。然后，我們創(chuàng)建了一個(gè)包含4個(gè)任務(wù)的vector，并使用std::async函數(shù)將每個(gè)任務(wù)提交到線程池中。每個(gè)任務(wù)返回一個(gè)std::future<int>對(duì)象，代表了異步操作的結(jié)果。然后遍歷所有的std::future對(duì)象，并通過調(diào)用get()函數(shù)獲取結(jié)果。注意，調(diào)用get()函數(shù)會(huì)阻塞當(dāng)前線程，直到結(jié)果就緒為止。最后，將每個(gè)任務(wù)的計(jì)算結(jié)果打印到終端。

#include <iostream>
#include <thread>
#include <future>
#include <vector>

// 定義一個(gè)簡(jiǎn)單的任務(wù)類
class Task {
public:
    Task(int id) : id(id) {}

    int operator()() {
        // 執(zhí)行一些異步操作
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));
        return result = id * 2; // 計(jì)算結(jié)果
    }

    int getResult() const {
        return result;
    }

private:
    int id; // 任務(wù)的標(biāo)識(shí)符
    int result; // 計(jì)算結(jié)果
};

int main() {
    // 創(chuàng)建一個(gè)包含4個(gè)任務(wù)的向量
    std::vector<Task> tasks = {Task(1), Task(2), Task(3), Task(4)};

    // 創(chuàng)建一個(gè)線程池，并提交任務(wù)到線程池
    std::vector<std::future<int>> futures;
    for (auto& task : tasks) {
        futures.push_back(std::async(std::launch::async, task));
    }

    // 遍歷未來的結(jié)果，并打印出來
    for (auto& future : futures) {
        std::cout << "Result: " << future.get() << std::endl; // 阻塞等待結(jié)果并獲取
    }

    return 0;
}

使用g++編譯執(zhí)行結(jié)果：因?yàn)閒uture實(shí)現(xiàn)使用了pthread，所有編譯要帶上-lpthread

總結(jié)

為什么關(guān)注 std::future呢？因?yàn)閟td::future 提供了一種高效的方式來處理異步操作，使得程序可以充分利用多核處理器和異步任務(wù)執(zhí)行的優(yōu)勢(shì)。通過使用 std::future，可以更輕松地實(shí)現(xiàn)并發(fā)性和異步性，提高程序的性能和響應(yīng)能力。

std::future 作為 C++ 中異步編程的關(guān)鍵部分，其內(nèi)核實(shí)現(xiàn)涉及復(fù)雜的多線程和異步任務(wù)機(jī)制。理解其內(nèi)部原理對(duì)于編寫高效、并發(fā)的程序至關(guān)重要。通過合理利用 std::future，能夠在保持代碼清晰易懂的同時(shí)，充分發(fā)揮異步編程的優(yōu)勢(shì)。