<future>和<condition_variable>的区别

std::future 和 std::condition_variable 都是C++标准库中用于处理并发编程的工具，但它们有不同的用途和工作方式。以下是对两者的详细比较和各自的使用示例。

std::future

std::future 提供了一种机制，用于访问异步操作的结果。它通常与 std::promise 或 std::async 一起使用。

• 用途：用于异步操作的结果传递和获取。
• 工作方式：一个线程可以通过 std::future 等待另一个线程完成某个任务，并获取其结果。
• 典型使用场景：一个线程执行异步操作（如计算任务、IO操作），另一个线程等待该操作的结果。

示例

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

int computeValue() {
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));  // 模拟耗时操作
    return 42;
}

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

    std::cout << "Waiting for the result...\n";
    int result = fut.get();  // 阻塞等待结果
    std::cout << "Result is: " << result << std::endl;

    return 0;
}

std::condition_variable

std::condition_variable 是一种同步原语，允许线程在某些条件满足前阻塞等待。通常与互斥锁（std::mutex）一起使用。

• 用途：用于线程间的同步，确保某些条件满足时才继续执行。
• 工作方式：一个线程等待某个条件，另一个线程在条件满足时通知等待的线程。
• 典型使用场景：一个线程等待某个资源可用，另一个线程在资源准备好时通知它。

示例

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>

std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
bool ready = false;

void print_id(int id) {
    std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
    while (!ready) cv.wait(lck);  // 等待 ready 为 true
    // 当 ready 为 true 时，继续执行
    std::cout << "Thread " << id << '\n';
}

void go() {
    std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
    ready = true;
    cv.notify_all();  // 通知所有等待的线程
}

int main() {
    std::thread threads[10];
    for (int i = 0; i < 10; ++i)
        threads[i] = std::thread(print_id, i);

    std::cout << "10 threads ready to race...\n";
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
    go();  // 改变 ready 并通知所有线程

    for (auto& th : threads) th.join();
    return 0;
}

主要区别

• 功能：

  • std::future 用于异步任务的结果传递。
  • std::condition_variable 用于线程间的同步。

• 使用模式：

  • std::future 通过 std::promise 设置结果，或者通过 std::async 启动异步任务，并通过 future 获取结果。
  • std::condition_variable 需要与 std::mutex 一起使用，一个线程等待条件变量，另一个线程通知条件变量。

• 同步机制：

  • std::future 是一种高级同步机制，主要关注结果的传递和获取。
  • std::condition_variable 是一种低级同步原语，主要关注线程间的协调。

适用场景

• 使用 std::future 的场景：

  • 需要在线程间传递计算结果。
  • 需要启动并等待异步任务的完成。

• 使用 std::condition_variable 的场景：

  • 需要在某些条件满足时通知一个或多个线程继续执行。
  • 需要实现复杂的线程间同步逻辑。

总结来说，std::future 和 std::condition_variable 在并发编程中各有其独特的用途和优势，选择哪一个取决于具体的应用场景和需求。