c++中std::future和std::promise的用法_c++异步任务通信机制详解

std::promise和std::future用于线程间异步传递结果，promise设置值或异常，future获取结果，二者通过共享状态关联，支持阻塞获取和超时等待，适用于生产者-消费者模型。

在C++中，std::future 和 std::promise 是用于异步任务之间传递结果的核心工具。它们提供了一种机制：一个线程可以将计算结果“承诺”给另一个线程，而接收方可以通过“未来”对象来获取这个值，即使它尚未准备好。

std::promise 与 std::future 的基本关系

std::promise 是一个可写入一次的对象，用来设置某个值或异常；std::future 是其对应的只读句柄，用来获取那个值。两者通过共享状态关联。

简单来说：

• 你在一个线程中创建一个 std::promise，然后把它的 std::future 给另一个线程。
• 当工作完成后，调用 promise.set_value()，future 就能获取到该值。
• 如果发生错误，可以用 promise.set_exception() 通知 future。

基本使用示例

下面是一个简单的例子，展示如何用 promise 和 future 在两个线程间通信：

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#include <iostream>
#include <thread>
#include <future>

void producer(std::promise<int>&& prom) {
    try {
        // 模拟耗时操作
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));
        int result = 42;
        prom.set_value(result);  // 设置结果
    } catch (...) {
        prom.set_exception(std::current_exception());
    }
}

void consumer(std::future<int>&& fut) {
    std::cout << "等待结果...\n";
    int value = fut.get();  // 阻塞直到值可用
    std::cout << "收到结果：" << value << "\n";
}

int main() {
    std::promise<int> prom;
    std::future<int> fut = prom.get_future();

    std::thread t1(producer, std::move(prom));
    std::thread t2(consumer, std::move(fut));

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

    return 0;
}

输出：

等待结果...
收到结果：42

注意：promise 和 future 都只能移动，不能复制，因为每个共享状态只能有一个生产者和一个消费者。

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超时与非阻塞检查

除了 get() 这种阻塞方式，future 还支持带超时的等待：

• future.wait_for(duration)：等待指定时间，返回状态（ready、timeout 等）。
• future.wait_until(time_point)：等待到某个时间点。
• future.wait()：一直阻塞直到就绪。

示例：检查是否完成而不阻塞太久

std::future<int> fut = prom.get_future();
auto status = fut.wait_for(std::chrono::milliseconds(100));

if (status == std::future_status::ready) {
    std::cout << "结果已就绪：" << fut.get() << "\n";
} else if (status == std::future_status::timeout) {
    std::cout << "还在处理中，稍后再试\n";
}

与 std::async 的区别

std::async 是更高层的异步接口，会自动启动任务并返回一个 future。而 promise/future 更灵活，允许你手动控制何时设置结果。

适用场景对比：

• 用 std::async：想快速启动一个函数并获取返回值。
• 用 std::promise + std::thread：需要精细控制线程逻辑，比如事件驱动、回调注入、跨线程响应等。

异常传递

promise 不仅能传递正常值，还能传递异常。这使得错误处理更安全：

try {
    throw std::runtime_error("出错了！");
} catch (...) {
    prom.set_exception(std::current_exception());
}

consumer 中调用 fut.get() 会重新抛出这个异常，可以被正常 catch。

注意事项与常见陷阱

• 每个 std::promise 只能调用一次 set_value 或 set_exception，多次调用会抛出 std::future_error。
• 如果不设置值就析构 promise，future 会收到 std::future_errc::broken_promise 异常。
• 确保 promise 和 future 正确移动，避免因拷贝导致编译错误。
• 长时间阻塞 get 调用可能影响性能，建议结合 wait_for 使用超时机制。

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