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使用C++的Future和Promise机制进行异步编程

2023-07-02 12:51:55 深夜i -- --

C++ Future Promise 异步编程机制

异步编程是现代开发中不可避免的需求，特别是在大规模、复杂的应用程序中，需要进行大量的并发和I/O操作。C++11引入了一种可重复使用的机制，Future和Promise机制，使异步编程变得更加容易。在本文中，我们将介绍如何使用C++的Future和Promise机制进行异步编程。

1. Future和Promise是什么？

首先，我们需要了解Future和Promise是什么。相对于多线程和回调的解决方案，Future和Promise机制提供了更高层次的抽象，使得异步编程更容易实现和维护。Future表示一个类型T的未来值，Promise表示一个类型T的未来值的承诺，当没有值可用时，将值传递给Future。Future和Promise的配对使得异步编程更加简单，因为程序员只需要关心在Promise上设置值，并且在Future上等待时，并发和I/O操作的所有细节都将自动处理。

2. 如何使用Future和Promise？

首先，我们需要使用Promise在一个线程中创建一个Future。Promise允许程序员在一条语句中创建一个Future并设置Future的值。然后，Future可以被传递到其他线程中，以异步地获取值。下面是使用Future和Promise的简单示例：


#include <future>
#include <iostream>
#include <thread>
void async_function(std::promise<int>& promise) {
 std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
 promise.set_value(42);
}
int main() {
 std::promise<int> promise;
 std::future<int> future = promise.get_future();
 std::thread thread(async_function, std::ref(promise));
 std::cout << "Waiting..." << std::endl;
 int value = future.get();
 std::cout << "Got value: " << value << std::endl;
 thread.join();
 return 0;
}

在这个例子中，我们创建了一个Promise，并从它中获取了一个Future。我们将Promise传递给一个线程参数，并在异步函数中设置了它的值。最后，我们使用Future等待并获取该值。

3. Promise可以在任何时间点设置值

如果Promise在Future被获取之前设置了一个值，那么Future将立即返回该值，并且将不会阻塞。如果Promise在Future返回时还没有设置值，那么Future将被阻塞，直到值可用。


std::future<int> future = promise.get_future();
promise.set_value(42); // 值将会立即返回
int value = future.get(); // value = 42


std::future<int> future = promise.get_future();
int value = future.get(); // 程序将被阻塞，直到promise.set_value被调用
promise.set_value(42);

在下面的例子中，我们在一个循环中使用Future和Promise来执行异步并发操作。


#include <future>
#include <iostream>
#include <vector>
void async_function(int i, std::promise<int>& promise) {
 std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
 promise.set_value(i);
}
int main() {
 std::cout << "Starting..." << std::endl;
 std::vector<std::future<int>> futures;
 std::vector<std::thread> threads;
 for (int i = 0; i < 10; i++) {
  std::promise<int> promise;
  futures.push_back(promise.get_future());
  threads.push_back(std::thread(async_function, i, std::ref(promise)));
 }
 for (int i = 0; i < 10; i++) {
  std::cout << "Got value: " << futures[i].get() << std::endl;
  threads[i].join();
 }
 return 0;
}

在这个例子中，我们在一个循环中创建Future和Promise，并使用它们来执行十个异步函数。然后，我们使用Future获取异步操作的返回值，并使用join()函数等待所有线程完成。

4. 结论

使用C++的Future和Promise机制进行异步编程可以使程序员更专注于实现业务逻辑，而不是处理并发和I/O操作的细节。Future和Promise机制使得异步编程更加容易实现和维护，这对大规模应用程序开发来说尤为重要。因此，使用Future和Promise机制成为现代C++异步编程的重要组成部分。

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