C++并发 std::promise<>

1. std::promise<>

类模板 std::promise 提供存储值或异常的设施,之后通过 std::promise 对象所创建的 std::future 对象异步获得结果。注意 std::promise 只应当使用一次。
std::promise 提供了在一个线程中设置变量,在另一个线程中获取的能力

2. 代码

#include <iostream>
#include <future>
#include <chrono>

void Thread_Fun1(std::promise<int>& p)
{
	std::cout << "Thread_Fun1 start" << std::endl;
	std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(5));

	int n = 123;
	std::cout << "传入的数据:" << n << std::endl;

	p.set_value(n);
}

void Thread_Fun2(std::future<int>& f)
{
	std::cout << "Thread_Fun2 start" << std::endl;

	std::cout << "收到的数据:" << f.get() << std::endl;
}

int main()
{
	std::promise<int> pr1;
	std::future<int> fu1 = pr1.get_future();

	std::thread t1(Thread_Fun1, std::ref(pr1));
	std::thread t2(Thread_Fun2, std::ref(fu1));

	t1.join();
	t2.join();

	return 0;
}

代码2:

#include <vector>
#include <thread>
#include <future>
#include <numeric>
#include <iostream>
#include <chrono>
 
void accumulate(std::vector<int>::iterator first,
                std::vector<int>::iterator last,
                std::promise<int> accumulate_promise)
{
    int sum = std::accumulate(first, last, 0);
    accumulate_promise.set_value(sum);  // 提醒 future
}
 
void do_work(std::promise<void> barrier)
{
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
    barrier.set_value();
}
 
int main()
{
    // 演示用 promise<int> 在线程间传递结果。
    std::vector<int> numbers = { 1, 2, 3, 4, 5, 6 };
    std::promise<int> accumulate_promise;
    std::future<int> accumulate_future = accumulate_promise.get_future();
    std::thread work_thread(accumulate, numbers.begin(), numbers.end(),
                            std::move(accumulate_promise));
 
    // future::get() 将等待直至该 future 拥有合法结果并取得它
    // 无需在 get() 前调用 wait()
    //accumulate_future.wait();  // 等待结果
    std::cout << "result=" << accumulate_future.get() << '\n';
    work_thread.join();  // wait for thread completion
 
    // 演示用 promise<void> 在线程间对状态发信号
    std::promise<void> barrier;
    std::future<void> barrier_future = barrier.get_future();
    std::thread new_work_thread(do_work, std::move(barrier));
    barrier_future.wait();
    new_work_thread.join();
}

3. 参考

https://blog.youkuaiyun.com/godmaycry/article/details/72844159
https://zh.cppreference.com/w/cpp/thread/promise

<think>嗯,用户之前问过如何在std::async创建子线程时立即获取线程号,我介绍了用promise和future的方法。现在他问这两个是什么,所以需要详细解释一下这两个的概念和用途。 用户可能对C++并发编程不太熟悉,特别是异步操作部分。需要先明确std::promisestd::future的基本定义,然后说明它们如何协同工作。用户可能想知道它们解决了什么问题,或者为什么在之前的例子中需要用到它们。 可能需要用简单的例子来辅助说明,比如数据传递或线程间通信。还要注意用户可能对线程同步、数据共享等概念有疑问,需要解释promise和future如何帮助安全地传递数据,避免竞争条件。 另外,用户可能想知道两者的区别,比如promise是设置值的一方,future是获取值的一方。需要强调它们的一对一关系,以及一次性的特性,即只能设置一次值,获取一次结果。 可能还需要提到异常传递的情况,如果promise中设置了异常,future在get时会抛出,这也是处理异步错误的一种方式。用户可能在实际使用中遇到异常处理的问题,这部分要说明清楚。 最后,结合之前的例子,说明在获取线程ID的场景下,promise和future是如何传递线程ID的,这样用户能更好地理解它们的实际应用。可能还需要提醒一些注意事项,比如生命周期管理和移动语义,避免悬空引用或对象复制的问题。 总结来说,用户需要的是对promise和future的全面介绍,包括它们的作用、如何使用、以及在实际中的应用场景,同时结合之前的例子加深理解。</think>`std::promise` 和 `std::future` 是 C++11 标准中引入的并发编程工具,用于实现 **跨线程的数据传递** 和 **同步**。它们通常结合使用,允许一个线程生成数据(通过 `promise`),另一个线程异步获取数据(通过 `future`)。以下是它们的核心概念和用法: --- ### **1. `std::promise`** #### **作用** - **生产者端**:用于在子线程中存储一个值(或异常),并通知其他线程该值已就绪。 - **核心方法**: - `set_value()`:设置值(只能调用一次)。 - `set_exception()`:设置异常(如任务执行失败时的错误信息)。 - `get_future()`:返回与当前 `promise` 关联的 `future` 对象。 #### **特点** - 一个 `promise` 只能和一个 `future` 关联。 - 通过 `set_value` 或 `set_exception` 通知 `future` 数据已就绪。 --- ### **2. `std::future`** #### **作用** - **消费者端**:用于从异步操作中获取结果,支持阻塞或非阻塞的方式等待数据。 - **核心方法**: - `get()`:阻塞等待,直到数据就绪后返回结果(只能调用一次)。 - `wait()`:阻塞等待直到数据就绪。 - `wait_for()` / `wait_until()`:限时等待数据就绪。 - `valid()`:检查 `future` 是否关联有效的结果。 #### **特点** - `future` 只能通过 `promise` 或 `std::async` 创建。 - `get()` 会转移所有权,调用后 `future` 不再有效。 -- ### **3. 协作流程** ```cpp std::promise<T> promise; // 生产者创建 promise std::future<T> future = promise.get_future(); // 消费者获取 future // 子线程(生产者)设置值 std::thread([&promise] { promise.set_value(42); // 设置结果 }).detach(); // 主线程(消费者)等待结果 T result = future.get(); // 阻塞直到结果就绪 ``` -- ### **4. 核心应用场景** #### **(1) 跨线程传递数据** ```cpp std::promise<int> p; std::future<int> f = p.get_future(); std::thread([&p] { p.set_value(100); // 子线程设置值 }).detach(); int value = f.get(); // 主线程获取值(阻塞等待) ``` #### **(2) 异步任务结果获取** 结合 `std::async` 实现异步计算: ```cpp std::future<int> future = std::async([] { return 42; // 在子线程中计算 }); int result = future.get(); // 主线程获取结果 ``` #### **(3) 异常传递** 子线程的异常可以通过 `promise` 传递到主线程: ```cpp std::promise<void> p; std::future<void> f = p.get_future(); std::thread([&p] { try { // 子线程可能抛出异常 throw std::runtime_error("子线程错误"); } catch (...) { p.set_exception(std::current_exception()); // 传递异常 } }).detach(); try { f.get(); // 主线程捕获异常 } catch (const std::exception& e) { std::cout << "捕获异常: " << e.what() << std::endl; } ``` --- ### **5. 关键特性** #### **(1) 一次性所有权** - `promise` 和 `future` 是一对一的关系,一个 `promise` 只能设置一次值,一个 `future` 只能调用一次 `get()`。 #### **(2) 线程安全** - `promise` 和 `future` 的方法本身是线程安全的,但需注意共享数据的竞态条件。 #### **(3) 移动语义** - `promise` 和 `future` 不可复制,但可以通过 `std::move` 转移所有权: ```cpp std::promise<int> p1; std::promise<int> p2 = std::move(p1); // 转移所有权 ``` --- ### **6. 与 `std::async` 的关系** - `std::async` 返回的 `future` 会自动关联到异步任务的结果: ```cpp std::future<int> f = std::async([] { return 42; }); int result = f.get(); // 获取结果 ``` - 若需要手动控制结果的传递(如传递线程号),需显式使用 `promise`。 --- ### **7. 示例:线程间传递复杂数据** ```cpp #include <iostream> #include <future> #include <thread> void task(std::promise<std::string> p) { std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1)); p.set_value("子线程完成任务"); // 传递字符串 } int main() { std::promise<std::string> p; std::future<std::string> f = p.get_future(); std::thread(task, std::move(p)).detach(); std::cout << "主线程等待结果..." << std::endl; std::string result = f.get(); // 阻塞等待 std::cout << "结果: " << result << std::endl; return 0; } ``` --- ### **总结** - **`std::promise`**:生产者端工具,负责设置值或异常。 - **`std::future`**:消费者端工具,负责异步获取结果。 - **协作机制**:通过共享状态实现线程间数据同步,避免手动使用锁或条件变量。 - **适用场景**:异步任务结果传递、跨线程通信、异常处理等。 它们为 C++ 提供了一种高效、安全的异步编程范式,是并发编程的重要基础组件。
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