前面两讲《C++11 并发指南二(std::thread 详解)》，《C++11 并发指南三(std::mutex 详解)》分别介绍了 std::thread 和 std::mutex，相信读者对 C++11 中的多线程编程有了一个最基本的认识，本文将介绍 C++11 标准中 <future> 头文件里面的类和相关函数。
<future> 头文件中包含了以下几个类和函数：
- Providers 类：std::promise, std::package_task
- Futures 类：std::future, shared_future.
- Providers 函数：std::async()
- 其他类型：std::future_error, std::future_errc, std::future_status, std::launch.
std::promise 类介绍
promise 对象可以保存某一类型 T 的值，该值可被 future 对象读取（可能在另外一个线程中），因此 promise 也提供了一种线程同步的手段。在 promise 对象构造时可以和一个共享状态（通常是std::future）相关联，并可以在相关联的共享状态(std::future)上保存一个类型为 T 的值。
可以通过 get_future 来获取与该 promise 对象相关联的 future 对象，调用该函数之后，两个对象共享相同的共享状态(shared state)
- promise 对象是异步 Provider，它可以在某一时刻设置共享状态的值。
- future 对象可以异步返回共享状态的值，或者在必要的情况下阻塞调用者并等待共享状态标志变为 ready，然后才能获取共享状态的值。
下面以一个简单的例子来说明上述关系
#include <iostream> // std::cout #include <functional> // std::ref #include <thread> // std::thread #include <future> // std::promise, std::future void print_int(std::future<int>& fut) { int x = fut.get(); // 获取共享状态的值. std::cout << "value: " << x << ' '; // 打印 value: 10. } int main () { std::promise<int> prom; // 生成一个 std::promise<int> 对象. std::future<int> fut = prom.get_future(); // 和 future 关联. std::thread t(print_int, std::ref(fut)); // 将 future 交给另外一个线程t. prom.set_value(10); // 设置共享状态的值, 此处和线程t保持同步. t.join(); return 0; }
std::promise 构造函数
| default (1) |
promise();
|
|---|---|
| with allocator (2) |
template <class Alloc> promise (allocator_arg_t aa, const Alloc& alloc);
|
| copy [deleted] (3) |
promise (const promise&) = delete;
|
| move (4) |
promise (promise&& x) noexcept;
|
- 默认构造函数，初始化一个空的共享状态。
- 带自定义内存分配器的构造函数，与默认构造函数类似，但是使用自定义分配器来分配共享状态。
- 拷贝构造函数，被禁用。
- 移动构造函数。
另外，std::promise 的 operator= 没有拷贝语义，即 std::promise 普通的赋值操作被禁用，operator= 只有 move 语义，所以 std::promise 对象是禁止拷贝的。
例子:
#include <iostream> // std::cout #include <thread> // std::thread #include <future> // std::promise, std::future std::promise<int> prom; void print_global_promise () { std::future<int> fut = prom.get_future(); int x = fut.get(); std::cout << "value: " << x << ' '; } int main () { std::thread th1(print_global_promise); prom.set_value(10); th1.join(); prom = std::promise<int>(); // prom 被move赋值为一个新的 promise 对象. std::thread th2 (print_global_promise); prom.set_value (20); th2.join(); return 0; }
std::promise::get_future 介绍
该函数返回一个与 promise 共享状态相关联的 future 。返回的 future 对象可以访问由 promise 对象设置在共享状态上的值或者某个异常对象。只能从 promise 共享状态获取一个 future 对象。在调用该函数之后，promise 对象通常会在某个时间点准备好(设置一个值或者一个异常对象)，如果不设置值或者异常，promise 对象在析构时会自动地设置一个 future_error 异常(broken_promise)来设置其自身的准备状态。上面的例子中已经提到了 get_future，此处不再重复。
std::promise::set_value 介绍
| generic template (1) |
void set_value (const T& val);
void set_value (T&& val);
|
|---|---|
| specializations (2) |
void promise<R&>::set_value (R& val); // when T is a reference type (R&)
void promise<void>::set_value (void); // when T is void
|
设置共享状态的值，此后 promise 的共享状态标志变为 ready.
std::promise::set_exception 介绍
为 promise 设置异常，此后 promise 的共享状态变标志变为 ready，例子如下，线程1从终端接收一个整数，线程2将该整数打印出来，如果线程1接收一个非整数，则为 promise 设置一个异常(failbit) ，线程2 在std::future::get 是抛出该异常。
#include <iostream> // std::cin, std::cout, std::ios #include <functional> // std::ref #include <thread> // std::thread #include <future> // std::promise, std::future #include <exception> // std::exception, std::current_exception void get_int(std::promise<int>& prom) { int x; std::cout << "Please, enter an integer value: "; std::cin.exceptions (std::ios::failbit); // throw on failbit try { std::cin >> x; // sets failbit if input is not int prom.set_value(x); } catch (std::exception&) { prom.set_exception(std::current_exception()); } } void print_int(std::future<int>& fut) { try { int x = fut.get(); std::cout << "value: " << x << ' '; } catch (std::exception& e) { std::cout << "[exception caught: " << e.what() << "] "; } } int main () { std::promise<int> prom; std::future<int> fut = prom.get_future(); std::thread th1(get_int, std::ref(prom)); std::thread th2(print_int, std::ref(fut)); th1.join(); th2.join(); return 0; }
std::promise::set_value_at_thread_exit 介绍
设置共享状态的值，但是不将共享状态的标志设置为 ready，当线程退出时该 promise 对象会自动设置为 ready。如果某个 std::future 对象与该 promise 对象的共享状态相关联，并且该 future 正在调用 get，则调用 get 的线程会被阻塞，当线程退出时，调用 future::get 的线程解除阻塞，同时 get 返回 set_value_at_thread_exit 所设置的值。注意，该函数已经设置了 promise 共享状态的值，如果在线程结束之前有其他设置或者修改共享状态的值的操作，则会抛出 future_error( promise_already_satisfied )。
std::promise::swap 介绍
交换 promise 的共享状态。