C++11 多线程 async、future、packaged_task、promise

最新推荐文章于 2025-06-29 23:23:52 发布

u012507022

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分类专栏： C/C++ C++多线程学笔记

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本文深入探讨C++11中的并发编程特性，包括std::async、std::future、std::shared_future、std::packaged_task和std::promise的使用方法及场景。通过实例代码，详细解析了如何创建后台任务、获取线程返回值、包装任务和保存值以供跨线程使用。

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1.std::async std::future创建后台任务并返回值

目的：希望线程返回一个结果

std::async是个函数模板，用来启动一个异步任务，启动起来一个异步任务。什么叫“启动一个异步任务”，就是自动创建一个线程并开始执行对应的线程入口函数，它返回一个std::future对象，这个std::future对象里面就含有线程函数返回的结果，我们可以通过调用std::future对象的成员函数get()来获取结果；它返回一个std::future对象，

std::future是个类模板。有人也称呼std::future提供了一种访问异步操作结果的机制，就是说这个结果你可能没办法马上拿到，在线程执行完毕的时候，你就能拿到结果了，所以大家就这么理解：future对象里会存放一个值，在将来的某个时刻能够拿到；

程序通过std::future对象的get()成员函数等待线程执行结束并返回结果；

这个get()函数很牛，不拿到将来返回的值，誓不罢休，不拿到值，我就卡在那里等待拿值。

添加内容：std::share_future

share_future也是个类模板，std::shared_future 与 std::future 类似，但是 std::shared_future 可以拷贝、多个 std::shared_future 可以共享某个共享状态的最终结果；即，future的get()函数转移数据,share_future的get()函数复制数据。

我们还可以额外地向std::async()传递一个参数，该参数类型是std::lunnch类型（枚举类型），达到一些特殊的目的；

a)参数：std::launch::deferred: 表示线程入口函数调用被延迟到std::future的wait()或者get()函数调用时才执行；

那如果wait()或者get()没有没调用，那么线程会执行吗？没执行，线程没有创建！

std::launch::deferred：延迟调用，并且没有创建线程，是在主线程中调用的线程入口函数；

b)参数：std::launch::async:在调用async函数的时候就开始创建线程；std::async()函数。

实例代码如下：

#include<iostream>
#include<thread>
#include<string>
#include<vector>
#include<list>
#include<mutex>
#include<future>
using namespace std;

class A
{
public:
	int mythread2(int mypar) //线程入口函数
	{
		cout << mypar << endl;
		cout << "mythread2 start" << "threadid= " << std::this_thread::get_id() << endl; //打印线程id

		std::chrono::milliseconds dura(5000); //定一个5秒的时间
		std::this_thread::sleep_for(dura);  //休息一定时常

		cout << "mythread2 end" << "threadid= " << std::this_thread::get_id() << endl; //打印线程id

		return 5;
	}
};

int mythread() //线程入口函数
{
	cout << "mythread start"<< "threadid= " <<std::this_thread::get_id()<<endl; //打印线程id

	std::chrono::milliseconds dura(5000); //定一个5秒的时间
	std::this_thread::sleep_for(dura);  //休息一定时常

	cout << "mythread end" << "threadid= " << std::this_thread::get_id() << endl; //打印线程id

	return 5;
}
int main()
{
	A a;

	int tmppar = 12;

	cout <<"main" << "threadid= " << std::this_thread::get_id() << endl;
	//std::future<int> result = std::async(mythread);//创建一个线程并开始执行,绑定关系,流程并不卡在这里
	//std::future<int> result = std::async(std::launch::deferred,&A::mythread2,&a,tmppar); //第二参数是对象引用，才能保证线程里面是同一个对象
	std::future<int> result = std::async(std::launch::async, &A::mythread2, &a, tmppar);
	cout << "continue....." << endl;

	int def;
	def = 0;
	cout << result.get()<< endl;//卡在这里等待mythread()执行完毕，拿到结果；只能调用一次；
	//result.wait();//等待线程返回，本身并不返回结果
	cout << "I love China!" << endl;
	return 0;
}

2.std::packaged_task

目的：打包任务，把任务包装起来

std::packaged_task是个模板类，它的模板参数是各种可调用对象；通过std::packaged_task来把各种可调用对象包装起来，方便将来作为线程入口函数来调用。

packaged_task包装起来的可调用对象还可以直接调用，所以从这个角度来讲，packaged_task对象，也是一个可调用对象。

实例代码如下：

//一般格式
#include<iostream>
#include<thread>
#include<string>
#include<vector>
#include<list>
#include<mutex>
#include<future>

using namespace std;

int mythread(int mypar) //线程入口函数
{
	cout << mypar << endl;
	cout << "mythread2 start" << "threadid= " << std::this_thread::get_id() << endl; //打印线程id

	std::chrono::milliseconds dura(5000); //定一个5秒的时间
	std::this_thread::sleep_for(dura);  //休息一定时常

	cout << "mythread2 end" << "threadid= " << std::this_thread::get_id() << endl; //打印线程id

	return 5;
}

int main()
{
	cout << "main" << "threadid= " << std::this_thread::get_id() << endl;
	std::packaged_task<int(int)> mypt(mythread);//我们把函数mythread通过packaged_task包装起来
	std::thread t1(std::ref(mypt),1); //线程直接开始执行,第二个参数作为线程入口函数的参数
	t1.join();
	std::future<int> result = mypt.get_future();//std::future对象里包含有线程入口函数的返回结果，这里result保存mythread返回的结果
	
	cout <<result.get() << endl;
	cout << "I love China!" << endl;

	return 0;
}

//lamdba表达式作为可调用对象、采用容器
#include<iostream>
#include<thread>
#include<string>
#include<vector>
#include<list>
#include<mutex>
#include<future>

using namespace std;

vector < std::packaged_task<int(int)>> mytasks;//容器

int main()
{
	cout << "main" << "threadid= " << std::this_thread::get_id() << endl;

	std::packaged_task<int(int)> mypt([](int mypar) {
		cout << mypar << endl;
		cout << "mythread2 start" << "threadid= " << std::this_thread::get_id() << endl; //打印线程id

		std::chrono::milliseconds dura(5000); //定一个5秒的时间
		std::this_thread::sleep_for(dura);  //休息一定时常

		cout << "mythread2 end" << "threadid= " << std::this_thread::get_id() << endl; //打印线程id

		return 5;
	});


	mytasks.push_back(std::move(mypt)); //容器，这里用了移动语义，进去之后mypt就为空

	std::packaged_task<int(int)> mypt2;
	auto iter = mytasks.begin();
	mypt2 = std::move(*iter); //移动语义
	mytasks.erase(iter); //删除一个元素，迭代器已经失效了，所以后续代码不可以再使用iter;

	mypt2(105);//直接调用，相当于函数调用
	std::future<int> result = mypt2.get_future();
	cout << result.get() << endl;

	return 0;
}

3.std::promise

std::promise 类模板，我们能够在某个线程中给它赋值，然后我们可以在其他线程中把这个值取出来用;

总结：通过promise保存一个值，在将来某时刻我们通过把一个future绑定到这个promise上来得到这个绑定的值。

实例代码如下:

#include<iostream>
#include<thread>
#include<string>
#include<vector>
#include<list>
#include<mutex>
#include<future>

using namespace std;

void mythread(std::promise<int>&tmpp, int calc)
{
	//做一系列复杂的操作
	calc++;
	calc *= 10;

	//做其他运算，比如整整花费了5秒钟
	std::chrono::milliseconds dura(5000); //定一个5秒的时间
	std::this_thread::sleep_for(dura);  //休息一定时常

	int result = calc; //保存结果
	tmpp.set_value(result);  //结果保存到了tmpp这个对象中
} 

void mythread2(std::future<int> &tmpf) 
{
	auto result = tmpf.get();
	cout <<"mythread result = " << result<<endl;
}

int main()
{
	std::promise<int> myprom; //声明一个std::promise对象myprom,保存的值类型为int;
	std::thread t1(mythread,std::ref(myprom),180);
	t1.join();

	//获取结果值
	std::future<int> fu1 = myprom.get_future();//promise与future绑定，用于获取线程返回值

	std::thread t2(mythread2,std::ref(fu1));
	t2.join(); //等mythread2执行完毕

	cout << "I love China!"  << endl;

	return 0;
}