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C++如何使用std::future和std::promise?(异步编程)

冰火之心

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发布时间:2026-01-05 18:39:55

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来源于php中文网

原创

std::future和std::promise是C++11提供的单次异步值传递机制:promise设值/异常,future阻塞获取;需配对使用,仅能调用一次get()和set_*,支持超时等待与异常传播。

c++如何使用std::future和std::promise?(异步编程)

std::future 和 std::promise 是 C++11 引入的用于线程间传递单次值的配套机制,核心用途是实现异步任务的结果获取与主动设置。它们不直接管理线程,而是提供一种“结果通道”:一个线程通过 std::promise 设置结果,另一个线程通过关联的 std::future 等待并获取该结果。

基本配对用法:一设一取

std::promise 和 std::future 必须成对出现,通过 get_future() 建立绑定。promise 负责写入(set_valueset_exception),future 负责读取(get() 会阻塞直到有值)。

常见写法:

  • 创建 std::promise p;,再调用 auto f = p.get_future();
  • 在另一线程中调用 p.set_value(42);(或 p.set_exception(...)
  • 主线程调用 f.get(); —— 若尚未设置,会阻塞;设置后立即返回值(且只能调用一次)

配合 std::thread 实现手动异步任务

不同于 std::async 自动封装,用 promise + thread 可更灵活地控制执行时机和上下文。

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示例场景:启动一个后台计算,完成后通知主线程

  • 在主线程声明 std::promise calc_promise;auto result_fut = calc_promise.get_future();
  • 启动新线程,把 calc_promise 按值或移动传入(注意线程安全:promise 不可拷贝,需 move 或引用传递)
  • 工作线程完成计算后,调用 promise.set_value(x);
  • 主线程调用 result_fut.get(); 获取结果(自动等待、自动释放资源)

支持异常传递与超时等待

future 不仅能传值,还能传异常,使错误处理自然融入异步流:

  • 工作线程中捕获异常后,调用 p.set_exception(std::current_exception());
  • 主线程调用 f.get() 时,该异常会被重新抛出
  • 若不想永久阻塞,可用 f.wait_for(std::chrono::seconds(3)) 判断是否就绪,或 f.wait_until(...)
  • f.valid() 可检查 future 是否关联有效 promise(防止多次 get 或空 future)

std::packaged_task:更简洁的异步封装

如果目标是“把一个可调用对象包装成带 future 的异步任务”,std::packaged_task 是更直接的选择——它内部已绑定 promise/future,省去手动配对。

  • 定义:std::packaged_task task([](int a, int b) { return a + b; });
  • 获取 future:auto fut = task.get_future();
  • 执行任务(可在任意线程):task(3, 4); → 此时 future 就绪
  • 主线程调用 fut.get(); 得到 7

不复杂但容易忽略:promise 和 future 是一次性使用的,get() 后 future 失效;promise 只能 set 一次,重复调用 set_* 会抛出 std::future_error。合理搭配 move 语义和 RAII,就能写出清晰可控的异步通信逻辑。

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