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c++中std::async和std::future的用法_c++异步任务与结果获取机制讲解

裘德小鎮的故事

发布： 2025-11-25 10:47:35

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std::async和std::future用于异步任务执行与结果获取，通过launch策略控制执行方式，future.get()阻塞获取结果并传播异常，支持限时等待与异常安全处理，简化并发编程。

c++中std::async和std::future的用法_c++异步任务与结果获取机制讲解

在C++11中引入的 std::async 和 std::future 提供了一种简洁、安全的方式来执行异步任务并获取其结果。它们是标准库中支持并发编程的重要工具，适用于需要后台计算并等待结果的场景。

std::async：启动异步任务

std::async 是一个函数模板，用于启动一个异步任务（即在单独的线程或延迟执行中运行一个可调用对象），它返回一个 std::future 对象，用来获取该任务的返回值。

基本语法：

std::future<T> result = std::async(launch_policy, function, args...);

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launch_policy：指定任务的启动策略，可选值有：
- std::launch::async：强制在新线程中异步执行。
- std::launch::deferred：延迟执行，直到调用 future 的 get 或 wait 时才在当前线程执行。
- 默认值为两者均可（std::launch::async | std::launch::deferred），由系统决定。
function：要异步执行的函数、lambda 表达式或仿函数。
args...：传递给函数的参数。

示例：

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#include <iostream>
#include <future>
#include <chrono>

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

int main() {
    auto future_result = std::async(std::launch::async, slow_calculation);
    
    std::cout << "正在执行其他操作...\n";
    
    int value = future_result.get(); // 阻塞直到结果就绪
    std::cout << "结果: " << value << "\n";
    
    return 0;
}

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std::future：获取异步结果

std::future 是一个模板类，表示一个可能尚未完成的异步操作的结果。通过调用其成员函数 get() 可以获取结果，此调用会阻塞，直到结果可用。

常用方法：

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.get()：获取结果，只能调用一次，之后 future 变为无效状态。
.wait()：等待任务完成，不获取结果。
.valid()：检查 future 是否关联了有效的共享状态。
.wait_for(timeout) / .wait_until(time_point)：限时等待，可用于避免无限阻塞。

示例：限时等待结果

auto future = std::async(slow_calculation);

if (future.wait_for(std::chrono::milliseconds(100)) == std::future_status::ready) {
    std::cout << "结果: " << future.get() << "\n";
} else {
    std::cout << "任务未完成\n";
}

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共享状态与异常处理

std::future 所持有的“共享状态”是由 async 创建的任务和 future 共同访问的数据结构。当任务抛出异常时，该异常会被封装并在线程调用 get() 时重新抛出。

示例：捕获异步任务中的异常

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

try {
    faulty_task.get();
} catch (const std::exception& e) {
    std::cout << "捕获异常: " << e.what() << "\n";
}

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这种机制保证了异常不会丢失，便于统一错误处理。