前面兩講《C++11 並發指南二(std::thread 詳解)》，《C++11 並發指南三(std::mutex 詳解)》分別介紹了 std::thread 和 std::mutex，相信讀者對 C++11 中的多線程編程有了一個最基本的認識，本文將介紹 C++11 標准中 <future> 頭文件里面的類和相關函數。
<future> 頭文件中包含了以下幾個類和函數：
- Providers 類：std::promise, std::package_task
- Futures 類：std::future, shared_future.
- Providers 函數：std::async()
- 其他類型：std::future_error, std::future_errc, std::future_status, std::launch.
std::promise 類介紹
promise 對象可以保存某一類型 T 的值，該值可被 future 對象讀取（可能在另外一個線程中），因此 promise 也提供了一種線程同步的手段。在 promise 對象構造時可以和一個共享狀態（通常是std::future）相關聯，並可以在相關聯的共享狀態(std::future)上保存一個類型為 T 的值。
可以通過 get_future 來獲取與該 promise 對象相關聯的 future 對象，調用該函數之后，兩個對象共享相同的共享狀態(shared state)
- promise 對象是異步 Provider，它可以在某一時刻設置共享狀態的值。
- future 對象可以異步返回共享狀態的值，或者在必要的情況下阻塞調用者並等待共享狀態標志變為 ready，然后才能獲取共享狀態的值。
下面以一個簡單的例子來說明上述關系
#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(); // 獲取共享狀態的值. std::cout << "value: " << x << '\n'; // 打印 value: 10. } int main () { std::promise<int> prom; // 生成一個 std::promise<int> 對象. std::future<int> fut = prom.get_future(); // 和 future 關聯. std::thread t(print_int, std::ref(fut)); // 將 future 交給另外一個線程t. prom.set_value(10); // 設置共享狀態的值, 此處和線程t保持同步. t.join(); return 0; }
std::promise 構造函數
| default (1) | promise();
|
|---|---|
| with allocator (2) | template <class Alloc> promise (allocator_arg_t aa, const Alloc& alloc);
|
| copy [deleted] (3) | promise (const promise&) = delete;
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| move (4) | promise (promise&& x) noexcept;
|
- 默認構造函數，初始化一個空的共享狀態。
- 帶自定義內存分配器的構造函數，與默認構造函數類似，但是使用自定義分配器來分配共享狀態。
- 拷貝構造函數，被禁用。
- 移動構造函數。
另外，std::promise 的 operator= 沒有拷貝語義，即 std::promise 普通的賦值操作被禁用，operator= 只有 move 語義，所以 std::promise 對象是禁止拷貝的。
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 << '\n'; } int main () { std::thread th1(print_global_promise); prom.set_value(10); th1.join(); prom = std::promise<int>(); // prom 被move賦值為一個新的 promise 對象. std::thread th2 (print_global_promise); prom.set_value (20); th2.join(); return 0; }
std::promise::get_future 介紹
該函數返回一個與 promise 共享狀態相關聯的 future 。返回的 future 對象可以訪問由 promise 對象設置在共享狀態上的值或者某個異常對象。只能從 promise 共享狀態獲取一個 future 對象。在調用該函數之后，promise 對象通常會在某個時間點准備好(設置一個值或者一個異常對象)，如果不設置值或者異常，promise 對象在析構時會自動地設置一個 future_error 異常(broken_promise)來設置其自身的准備狀態。上面的例子中已經提到了 get_future，此處不再重復。
std::promise::set_value 介紹
| 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 |
設置共享狀態的值，此后 promise 的共享狀態標志變為 ready.
std::promise::set_exception 介紹
為 promise 設置異常，此后 promise 的共享狀態變標志變為 ready，例子如下，線程1從終端接收一個整數，線程2將該整數打印出來，如果線程1接收一個非整數，則為 promise 設置一個異常(failbit) ，線程2 在std::future::get 是拋出該異常。
#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 << '\n'; } catch (std::exception& e) { std::cout << "[exception caught: " << e.what() << "]\n"; } } 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 介紹
設置共享狀態的值，但是不將共享狀態的標志設置為 ready，當線程退出時該 promise 對象會自動設置為 ready。如果某個 std::future 對象與該 promise 對象的共享狀態相關聯，並且該 future 正在調用 get，則調用 get 的線程會被阻塞，當線程退出時，調用 future::get 的線程解除阻塞，同時 get 返回 set_value_at_thread_exit 所設置的值。注意，該函數已經設置了 promise 共享狀態的值，如果在線程結束之前有其他設置或者修改共享狀態的值的操作，則會拋出 future_error( promise_already_satisfied )。
std::promise::swap 介紹
交換 promise 的共享狀態。