讲座主题：C++中的异步编程神器——std::promise 和 std::future
开场白
各位程序员朋友们，大家好！今天咱们来聊聊C++中的一对“黄金搭档”——std::promise和std::future。如果你觉得多线程编程像一场复杂的舞蹈，那么这两个家伙就是你的舞伴，帮你把节奏踩得稳稳的。
在现代C++中，异步编程已经成为了一种非常流行的编程模式。它允许我们在不阻塞主线程的情况下执行耗时任务，从而提升程序的性能和响应速度。而std::promise和std::future正是实现这一目标的重要工具。别担心，今天的讲座我会用轻松幽默的方式，带你一步步掌握它们的用法。
第一节：初识std::future
首先，我们来认识一下std::future。你可以把它想象成一个“未来”的容器，它会保存某个操作的结果。当你发起一个异步任务时，std::future就像是一个快递单号，你可以用它随时查询任务的状态或者获取最终的结果。
代码示例1：简单的std::future使用
#include <iostream>
#include <future>
#include <thread>
int main() {
// 创建一个std::future对象
std::future<int> futureResult = std::async(std::launch::async, []() {
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2)); // 模拟耗时操作
return 42;
});
std::cout << "Waiting for the result..." << std::endl;
// 获取结果（阻塞直到结果可用）
int result = futureResult.get();
std::cout << "The result is: " << result << std::endl;
return 0;
}讲解：
std::async是C++标准库提供的一个函数，用于启动异步任务。std::future在这里充当了结果的“快递单号”，我们可以用.get()方法获取最终的结果。- 注意：
.get()是一个阻塞操作，如果结果还没准备好，它会一直等待。
第二节：std::promise登场
接下来，我们再看看std::promise。如果说std::future是一个“未来”的容器，那么std::promise就是一个“承诺”。它负责将结果传递给对应的std::future。换句话说，std::promise是生产者，std::future是消费者。
代码示例2：std::promise的基本用法
#include <iostream>
#include <future>
#include <thread>
void worker(std::promise<int> &&pr) {
try {
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1)); // 模拟耗时操作
pr.set_value(42); // 设置结果
} catch (...) {
pr.set_exception(std::current_exception()); // 如果有异常，可以设置异常
}
}
int main() {
std::promise<int> promiseObj;
std::future<int> futureObj = promiseObj.get_future(); // 获取关联的future
std::thread t(worker, std::move(promiseObj)); // 将promise传递给worker线程
std::cout << "Waiting for the worker to finish..." << std::endl;
try {
int result = futureObj.get(); // 获取结果
std::cout << "Worker returned: " << result << std::endl;
} catch (const std::exception &e) {
std::cerr << "Exception caught: " << e.what() << std::endl;
}
t.join(); // 等待线程结束
return 0;
}讲解：
std::promise通过.set_value()方法将结果传递给关联的std::future。- 如果任务中抛出了异常，可以用
.set_exception()方法将异常传递给std::future。 std::future可以通过.get()方法捕获异常并处理。
第三节：std::promise与std::future的协作
现在我们已经分别了解了std::promise和std::future，接下来让我们看看它们是如何协同工作的。
表格对比：std::promise vs std::future
| 特性 | std::promise | std::future |
|---|---|---|
| 角色 | 生产者 | 消费者 |
| 主要用途 | 设置异步任务的结果 | 获取异步任务的结果 |
| 是否可以共享结果 | 不支持共享 | 支持通过std::shared_future共享 |
| 常见方法 | .set_value(), .set_exception() |
.get(), .wait(), .valid() |
代码示例3：std::promise与std::future的协作
#include <iostream>
#include <future>
#include <thread>
void producer(std::promise<int> &&pr) {
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));
pr.set_value(100); // 设置结果
}
void consumer(std::future<int> fu) {
std::cout << "Consumer is waiting..." << std::endl;
int result = fu.get(); // 获取结果
std::cout << "Consumer received: " << result << std::endl;
}
int main() {
std::promise<int> promiseObj;
std::future<int> futureObj = promiseObj.get_future();
std::thread producerThread(producer, std::move(promiseObj));
std::thread consumerThread(consumer, std::move(futureObj));
producerThread.join();
consumerThread.join();
return 0;
}讲解：
- 在这个例子中，
std::promise负责生成结果，而std::future负责消费结果。 - 通过分离生产和消费逻辑，我们可以更灵活地设计异步任务。
第四节：常见问题与注意事项
-
std::future的阻塞问题
.get()方法会阻塞当前线程，直到结果可用。如果不想阻塞，可以使用.wait_for()或.wait_until()来检查结果是否就绪。 -
std::promise的移动语义
std::promise对象不能被复制，只能通过移动语义传递。这是因为它的内部状态需要独占访问。 -
异常处理
如果异步任务中抛出了异常，可以通过.set_exception()将异常传递给std::future，并在.get()时捕获。
结语
今天的讲座到这里就结束了！希望你对std::promise和std::future有了更深的理解。它们就像一对默契的搭档，帮助你在C++中轻松实现异步编程。记住，异步编程虽然强大，但也需要谨慎设计，避免出现死锁或数据竞争等问题。
最后，引用《C++ Concurrency in Action》这本书中的一句话：“并发编程不仅仅是让程序跑得更快，更是为了让程序更加健壮和可维护。”希望大家在学习异步编程的过程中，既能享受技术的乐趣，也能写出优雅的代码！
谢谢大家，下次再见！
