C++11 并发指南四(<future> 详解一 std::promise 介绍)

前面两讲《C++11 并发指南二(std::thread 详解)》，《C++11 并发指南三(std::mutex 详解)》分别介绍了 std::thread 和 std::mutex，相信读者对 C++11 中的多线程编程有了一个最基本的认识，本文将介绍 C++11 标准中 <future> 头文件里面的类和相关函数。

<future> 头文件中包含了以下几个类和函数：

• Providers 类：std::promise, std::package_task
• Futures 类：std::future, shared_future.
• Providers 函数：std::async()
• 其他类型：std::future_error, std::future_errc, std::future_status, std::launch.

std::promise 类介绍

promise 对象可以保存某一类型 T 的值，该值可被 future 对象读取（可能在另外一个线程中），因此 promise 也提供了一种线程同步的手段。在 promise 对象构造时可以和一个共享状态（通常是std::future）相关联，并可以在相关联的共享状态(std::future)上保存一个类型为 T 的值。

可以通过 get_future 来获取与该 promise 对象相关联的 future 对象，调用该函数之后，两个对象共享相同的共享状态(shared state)

• promise 对象是异步 Provider，它可以在某一时刻设置共享状态的值。
• future 对象可以异步返回共享状态的值，或者在必要的情况下阻塞调用者并等待共享状态标志变为 ready，然后才能获取共享状态的值。

下面以一个简单的例子来说明上述关系

#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(); // 获取共享状态的值.
    std::cout << "value: " << x << '\n'; // 打印 value: 10.
}

int main ()
{
    std::promise<int> prom; // 生成一个 std::promise<int> 对象.
    std::future<int> fut = prom.get_future(); // 和 future 关联.
    std::thread t(print_int, std::ref(fut)); // 将 future 交给另外一个线程t.
    prom.set_value(10); // 设置共享状态的值, 此处和线程t保持同步.
    t.join();
    return 0;
}

std::promise 构造函数

default (1)	promise();
with allocator (2)	template <class Alloc> promise (allocator_arg_t aa, const Alloc& alloc);
copy [deleted] (3)	promise (const promise&) = delete;
move (4)	promise (promise&& x) noexcept;

1. 默认构造函数，初始化一个空的共享状态。
2. 带自定义内存分配器的构造函数，与默认构造函数类似，但是使用自定义分配器来分配共享状态。
3. 拷贝构造函数，被禁用。
4. 移动构造函数。

另外，std::promise 的 operator= 没有拷贝语义，即 std::promise 普通的赋值操作被禁用，operator= 只有 move 语义，所以 std::promise 对象是禁止拷贝的。

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赋值为一个新的 promise 对象.

    std::thread th2 (print_global_promise);
    prom.set_value (20);
    th2.join();

  return 0;
}

 std::promise::get_future 介绍

该函数返回一个与 promise 共享状态相关联的 future 。返回的 future 对象可以访问由 promise 对象设置在共享状态上的值或者某个异常对象。只能从 promise 共享状态获取一个 future 对象。在调用该函数之后，promise 对象通常会在某个时间点准备好(设置一个值或者一个异常对象)，如果不设置值或者异常，promise 对象在析构时会自动地设置一个 future_error 异常(broken_promise)来设置其自身的准备状态。上面的例子中已经提到了 get_future，此处不再重复。

std::promise::set_value 介绍

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

设置共享状态的值，此后 promise 的共享状态标志变为 ready.

 std::promise::set_exception 介绍

为 promise 设置异常，此后 promise 的共享状态变标志变为 ready，例子如下，线程1从终端接收一个整数，线程2将该整数打印出来，如果线程1接收一个非整数，则为 promise 设置一个异常(failbit) ，线程2 在std::future::get 是抛出该异常。

#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 介绍

设置共享状态的值，但是不将共享状态的标志设置为 ready，当线程退出时该 promise 对象会自动设置为 ready。如果某个 std::future 对象与该 promise 对象的共享状态相关联，并且该 future 正在调用 get，则调用 get 的线程会被阻塞，当线程退出时，调用 future::get 的线程解除阻塞，同时 get 返回 set_value_at_thread_exit 所设置的值。注意，该函数已经设置了 promise 共享状态的值，如果在线程结束之前有其他设置或者修改共享状态的值的操作，则会抛出 future_error( promise_already_satisfied )。

std::promise::swap 介绍

交换 promise 的共享状态。