future、shared_future、packaged_task、promise常用接口总结

1. std::future

std::future<T> 用于异步获取任务的结果，结果只能被获取一次。对象不可复制，但可移动。

关键特性：

• get() 调用后，future 状态失效（valid() 返回 false）。
• 析构时，若关联的异步结果未就绪且是最后一个引用，可能阻塞等待结果（取决于启动策略）。

常用成员函数：

• get()
  获取结果，调用后 valid() 变为 false。若结果未就绪，阻塞当前线程。
  若任务抛异常，get() 会重新抛出该异常。

  T get(); // T 可能为 void、引用或值类型
  

• wait()
  阻塞直到任务完成，不获取结果。

  void wait();
  

• wait_for()
  等待指定时间，返回状态 future_status（ready、timeout 或 deferred）。

  template <class Rep, class Period>
  std::future_status wait_for(const std::chrono::duration<Rep, Period>& rel_time);
  

• wait_until()
  等待到指定时间点，返回状态 future_status。

  template <class Clock, class Duration>
  std::future_status wait_until(const std::chrono::time_point<Clock, Duration>& timeout_time);
  

• valid()
  检查是否关联有效结果（例如未调用 get()）。

  bool valid() const noexcept;
  

• share()
  转为 std::shared_future<T>，允许共享结果。

  std::shared_future<T> share();
  

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2. std::shared_future

std::shared_future<T> 允许共享异步结果，可被多次调用 get()。对象可复制。

关键特性：

• get() 可多次调用，每次返回结果的副本（若 T 非引用）。
• 若 T 为引用类型（如 T&），需注意引用的有效性。

常用成员函数：

• get()
  返回结果副本（若 T 非引用）。若 T 为 void，无返回值。

  const T& get() const;  // T 非 void 时的返回类型可能不同
  

• wait() / wait_for() / wait_until()
  同 std::future。

• valid()
  同 std::future。

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3. std::packaged_task

std::packaged_task<Function> 包装可调用对象（如函数、lambda），将其结果绑定到 std::future。对象不可复制，但可移动。

关键特性：

• 调用 operator() 后，结果被存储到关联的 future 中。
• 若多次调用 operator() 或未关联可调用对象，抛出 std::future_error。

常用成员函数：

• 构造函数
  需提供可调用对象。默认构造的 packaged_task 为空（valid() == false）。

  explicit packaged_task(Function&& f);
  

• operator()
  执行任务并存储结果或异常。若已调用过或对象为空，抛出异常。

  void operator()(Args... args);
  

• get_future()
  返回关联的 std::future<T>。若已调用或对象为空，抛出异常。

  std::future<T> get_future();
  

• swap()
  交换两个 packaged_task 的内容。

  void swap(packaged_task& other) noexcept;
  

• reset() （C++11 起）
  重置任务，允许重新绑定新的可调用对象。

  void reset();
  

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4. std::promise

std::promise<T> 用于显式设置异步结果或异常，关联的 std::future 可获取结果。对象不可复制，但可移动。

关键特性：

• 若 promise 析构前未设置结果，关联的 future 会收到 std::future_error（broken_promise）。
• 可设置结果或异常，但只能设置一次，重复设置抛出 std::future_error。

常用成员函数：

• 构造函数
  默认构造的 promise 有效。移动构造函数允许转移所有权。

  promise();
  promise(promise&& other) noexcept;
  

• set_value()
  设置结果。若 T 为 void，无参调用。

  void set_value(const T& value);
  void set_value(T&& value);
  void set_value(); // 当 T 为 void 时
  

• set_exception()
  设置异常指针（如捕获的异常通过 std::current_exception()）。

  void set_exception(std::exception_ptr p);
  

• set_value_at_thread_exit()
  设置结果，但延迟到当前线程退出时通知 future。

  void set_value_at_thread_exit(const T& value);
  

• set_exception_at_thread_exit()
  类似 set_value_at_thread_exit，但设置异常。

  void set_exception_at_thread_exit(std::exception_ptr p);
  

• get_future()
  返回关联的 std::future<T>，只能调用一次。

  std::future<T> get_future();
  

• swap()
  交换两个 promise 的内容。

  void swap(promise& other) noexcept;
  

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总结对比

组件	核心功能	是否可复制	是否可移动	结果获取次数	特殊行为
std::future	单次获取异步结果	否	是	一次	get() 后失效，析构可能阻塞
std::shared_future	共享异步结果	是	是	多次	get() 返回副本或引用
std::packaged_task	包装可调用对象，绑定结果到 future	否	是	一次	调用 operator() 后结果就绪
std::promise	显式设置结果或异常	否	是	一次	未设置结果时析构会触发 broken_promise，可设置延迟通知

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关键注意事项

1. 异常传递：所有组件的 get() 会传递任务中抛出的异常。
2. 有效性检查：调用 get_future()、get() 或 set_value() 前需确保对象有效（如 valid() 返回 true）。
3. 线程安全：除 std::shared_future 的 const 成员函数外，其他组件的方法通常不保证线程安全。
4. 移动语义：std::future、std::packaged_task 和 std::promise 支持移动语义，避免复制。
5. 生命周期管理：确保 promise 或 packaged_task 的生命周期长于关联的 future 操作，防止悬空引用。