C++11 使用异步编程std::async和std::future

先说明一点：std::asyanc是std::future的高级封装， 一般我们不会直接使用std::futrue，而是使用对std::future的高级封装std::async。 下面分别说一下。

一、std::async基本用法

std::future可以从异步任务中获取结果，一般与std::async配合使用，std::async用于创建异步任务，实际上就是创建一个线程执行相应任务。

std::async就是异步编程的高级封装，封装了std::future的操作，基本上可以代替std::thread 的所有事情。

std::async的操作，其实相当于封装了std::promise、std::packaged_task加上std::thread。

 使用代码如下：

#include <future>
#include <iostream>
#include <stout/stringify.hpp>

bool is_prime(int x)
{
  for (int i=0; i<x; i++)
  {
    if (x % i == 0)
      return false;
  }
  return true;
}

int main()
{
  std::future<bool> fut = std::async(is_prime, 700020007);
  std::cout << "please wait";
  std::chrono::milliseconds span(100);
  while (fut.wait_for(span) != std::future_status::ready)
    std::cout << ".";
  std::cout << std::endl;

  bool ret = fut.get();
  std::cout << "final result: " << stringify(ret) << std::endl;
  return 0;
}

　std::async会首先创建线程执行is_prime(700020007)， 任务创建之后，std::async立即返回一个std::future对象。

　主线程既可使用std::future::get获取结果，如果调用过程中，任务尚未完成，则主线程阻塞至任务完成。

　主线程也可使用std::future::wait_for等待结果返回，wait_for可设置超时时间，如果在超时时间之内任务完成，则返回std::future_status::ready状态；如果在超时时间之内任务尚未完成，则返回std::future_status::timeout状态。

上面先说了通用的做法，然后我们了解一下std::future、std::promise、std::packaged_task

二、std::future说明

future对象是std::async、std::promise、std::packaged_task的底层对象，用来传递其他线程中操作的数据结果。

三、std::promise用法 

std::promise的作用就是提供一个不同线程之间的数据同步机制，它可以存储一个某种类型的值，并将其传递给对应的future， 即使这个future不在同一个线程中也可以安全的访问到这个值。

示例代码：

// promise example
#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();
  std::cout << "value: " << x << '
';
}

int main ()
{
  std::promise<int> prom;                      // create promise

  std::future<int> fut = prom.get_future();    // engagement with future

  std::thread th1 (print_int, std::ref(fut));  // send future to new thread

  prom.set_value (10);                         // fulfill promise
                                               // (synchronizes with getting the future)
  th1.join();
  return 0;
}

Output：

value: 10

四、std::packaged_task用法

std::packaged_task的作用就是提供一个不同线程之间的数据同步机制，它可以存储一个函数操作，并将其返回值传递给对应的future， 而这个future在另外一个线程中也可以安全的访问到这个值。

示例代码：

// packaged_task example
#include <iostream>     // std::cout
#include <future>       // std::packaged_task, std::future
#include <chrono>       // std::chrono::seconds
#include <thread>       // std::thread, std::this_thread::sleep_for

// count down taking a second for each value:
int countdown (int from, int to) {
  for (int i=from; i!=to; --i) {
    std::cout << i << '
';
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
  }
  std::cout << "Lift off!
";
  return from-to;
}

int main ()
{
  std::packaged_task<int(int,int)> tsk (countdown);   // set up packaged_task
  std::future<int> ret = tsk.get_future();            // get future

  std::thread th (std::move(tsk),10,0);   // spawn thread to count down from 10 to 0

  // ...

  int value = ret.get();                  // wait for the task to finish and get result

  std::cout << "The countdown lasted for " << value << " seconds.
";

  th.join();

  return 0;
}

Possible Output：

10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
Lift off!
The countdown lasted for 10 seconds.