C++笔记--future

Posted 2022-12-01 ljt2724960661

         这一节学习C++里面的future,在多线程里面, 如果等待线程只打算等待一次，那么当条件为 true 时它就不会再等待这个条件变量了，条件变量未必是同步机制的最佳选择。如果所等待的条件是一个特定数据块的可用性时，这尤其正确。在这个场景中，使用期值(future)可能会更合适。<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, std::shared_future.
Providers 函数：std::async()
其他类型：std::future_error, std::future_errc, std::future_status, std::launch.

使用 Future 等待一次性事件

         标准库模型将这种一次性事件称为期望(future)。当一个线程需要等待一个特定的一次性事件时，在某种程度上来说它就需要知道这个事件在未来的表现形式。之后，这个线程会周期性(较短的周期)的等待或检查，事件是否触发(检查信息板)；在检查期间也会执行其他任务(品尝昂贵的咖啡)。另外，在等待任务期间它可以先执行另外一些任务，直到对应的任务触发，而后等待期望的状态会变为就绪(ready)。一个“期望”可能是数据相关的(比如，你的登机口编号)，也可能不是。当事件发生时(并且期望状态为就绪)，这个“期望”就不能被重置。

        在C++标准库中，有两种“期望”，使用两种类型模板实现，声明在头文件中: 唯一期望(unique futures)(std::future<>)和共享期望(shared futures)(std::shared_future<>)。这是仿照std::unique_ptr和std::shared_ptr。std::future的实例只能与一个指定事件相关联，而std::shared_future的实例就能关联多个事件。后者的实现中，所有实例会在同时变为就绪状态，并且他们可以访问与事件相关的任何数据。这种数据关联与模板有关，比如std::unique_ptr 和std::shared_ptr的模板参数就是相关联的数据类型。在与数据无关的地方，可以使用std::future<void>与std::shared_future<void>的特化模板。虽然，希望用于线程间的通讯，但是“期望”对象本身并不提供同步访问。当多个线程需要访问一个独立“期望”对象时，他们必须使用互斥量或类似同步机制对访问进行保护，多个线程会对一个std::shared_future<>实例的副本进行访问，而不需要期望同步，即使他们是同一个异步结果。最基本的一次性事件，就是一个后台运行出的计算结果。

    从后台任务中返回值

        假设你有一个长期运行的计算，预期最终将得到一个有用的结果，但是现在，你还不需要这个值。你可以启动一个新的线程来执行该计算，但这也意味着你必须注意将结果传回来，因为 std:: thread 并没有提供直接的机制来这样做。这就是 std:: async 函数模板（同样声明于＜ future＞头文件中）的由来。

         在不需要立刻得到结果的时候，你可以使用 std::async 来启动一个异步任务( asynchronous task ）。 std::async 返回一个 std:: future 对象，而不是给你一个std: : thread 对象让你在上面等待， std:: future 对象最终将持有函数的返回值。当你需要这个值时，只要在 future 上调用 get ()，线程就会阻塞直到“ture 就绪，然后返回该值。如下:

#include <future>
#include <iostream>

int find_the_answer_to_ltuae();
void do_other_stuff();
int main()

  std::future<int> the_answer=std::async(find_the_answer_to_ltuae);
  do_other_stuff();
  std::cout<<"The answer is "<<the_answer.get()<<std::endl;

分析: 与std::thread 做的方式一样，std::async允许你通过添加额外的调用参数，向函数传递额外的参数。当第一个参数是一个指向成员函数的指针，第二个参数提供有这个函数成员类的具体对象(不是直接的，就是通过指针，还可以包装在std::ref中)，剩余的参数可作为成员函数的参数传入。否则，第二个和随后的参数将作为函数的参数，或作为指定可调用对象的第一个参数。就如std::thread，当参数为右值(rvalues)时，拷贝操作将使用移动的方式转移原始数据。这就允许使用“只移动”类型作为函数对象和参数。

      异步任务提供者(Provider) 

       这里主要说Promise,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。

std::promise 构造函数

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

栗子:

#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;

分析: 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。

#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::set_exception

          为 promise 对象设置异常，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;