c++怎么使用std::async和std::future进行异步编程_c++异步任务与future用法详解

std::async与std::future用于异步任务执行和结果获取，支持async、deferred启动策略，通过get()获取结果或异常，shared_future允许多次读取，适用于轻量级并发场景。

在C++11中引入的 std::async 和 std::future 提供了一种简洁的方式来执行异步任务并获取其结果。它们属于标准库中的并发支持工具，让开发者无需直接操作线程就能实现非阻塞计算。

std::async 的基本用法

std::async 是一个函数模板，用于启动一个异步任务，返回一个 std::future 对象，用来获取任务的返回值。它有两种启动策略：

• std::launch::async：强制在新线程中运行任务
• std::launch::deferred：延迟执行，直到调用 get() 或 wait() 时才在当前线程运行

默认情况下，系统可自由选择策略（使用 std::launch::async | std::launch::deferred）。

#include 
#include 
#include 

int heavy_computation() {
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));
    return 42;
}

int main() {
    // 启动异步任务
    std::future fut = std::async(std::launch::async, heavy_computation);

    std::cout << "正在执行其他操作...\n";

    // 获取结果（会阻塞直到完成）
    int result = fut.get();
    std::cout << "结果: " << result << "\n";
    return 0;
}

std::future 获取异步结果

std::future 是一个模板类，代表某个异步操作的“未来”结果。常用方法包括：

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• .get()：获取结果，只能调用一次，调用后 future 变为无效状态
• .wait()：等待任务完成，不获取结果
• .wait_for(timeout) 或 .wait_until(time)：限时等待

如果任务抛出异常，调用 get() 会重新抛出该异常。

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std::future fut = std::async([]() {
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(3));
    return 3.14;
});

// 等待最多2秒
auto status = fut.wait_for(std::chrono::seconds(2));
if (status == std::future_status::ready) {
    std::cout << "结果: " << fut.get() << "\n";
} else {
    std::cout << "任务未完成\n";
}

共享状态与 std::shared_future

一个 std::future 只能调用一次 get()。如果需要多次读取结果或在多个地方访问，可以使用 std::shared_future。

通过将 std::future 转移给 std::shared_future，可以实现多消费者模式。

std::future fut = std::async([]{
    return "Hello from async!";
});

std::shared_future sf = fut.share();

// 多次调用 get()
std::cout << sf.get() << "\n";
std::cout << sf.get() << "\n"; // 可重复调用

异步任务的异常处理

异步任务中抛出的异常会被捕获并存储，当调用 future 的 get() 方法时重新抛出。

建议使用 try-catch 包裹 get() 调用。

std::future f = std::async([] {
    throw std::runtime_error("出错了！");
});

try {
    f.get(); // 这里会抛出异常
} catch (const std::exception& e) {
    std::cout << "捕获异常: " << e.what() << "\n";
}

基本上就这些。std::async 和 std::future 组合适合轻量级异步计算场景，如后台数据加载、预计算等。注意不要滥用，因为每个 async 可能创建新线程，系统资源有限。对于复杂任务调度，建议结合线程池或更高级的并发模型。