C++当中异步任务与 Future

<think>好的，我现在需要处理用户关于C++中异步任务与Future的用法及关系的查询。首先，用户希望了解如何使用std::async和std::future，并需要教程和示例。根据系统指令，我需要确保回答结构清晰，使用中文，正确应用LaTeX格式，生成相关问题，并在引用处添加标识。 首先，我应该回顾用户提供的三个引用内容。引用[1]提到了std::packaged_task和std::thread与std::future的结合使用，引用[2]解释了std::async返回std::future对象，引用[3]讨论了并行执行策略和std::async的应用。这些内容需要整合到回答中，以支持教程和示例部分。 接下来，我需要组织回答的结构。可能分为几个部分：基本概念、std::async的用法、std::future的用法、示例代码、注意事项，以及相关问题。每个部分需要引用对应的内容，例如在讲解std::async时引用[2]，在并行策略时引用[3]，在涉及std::packaged_task时引用[1]。 在编写示例代码时，需要确保语法正确，并解释关键点。例如，展示一个简单的异步加法函数，使用std::async启动任务，并通过std::future获取结果。然后，可能展示一个结合并行策略的更复杂示例，如引用[3]中的std::transform和并行处理。 注意事项部分需要提到延迟启动策略、线程管理、异常处理等，引用相关的内容。例如，引用[3]中提到的编译器支持问题需要在这里说明。 最后，生成相关问题需要考虑用户可能进一步的问题，如性能优化、异常处理、与其他多线程工具的比较等。 需要检查LaTeX格式是否正确，所有行内数学表达式使用$...$，独立公式用$$...$$。例如，在解释future.get()时，可能需要用$result = future.get()$这样的行内公式，但如果没有数学表达式，可能不需要。需要注意是否有变量或代码部分需要用LaTeX，但根据示例，可能更多是代码块而非数学公式。 确保引用标识正确添加，例如在提到并行执行策略时引用[^3]，在讨论std::async返回值时引用[^2]，在提到std::packaged_task时引用[^1]。 最后，检查生成的相关问题是否相关，是否覆盖了用户可能感兴趣的方向，如与其他机制的对比、性能分析、异常处理等。</think>### C++ 异步任务与 Future 使用教程 #### 1. 核心概念 - **异步任务**：通过异步执行实现非阻塞操作，常用于耗时计算或I/O操作 - **std::future**：模板类，用于获取异步操作的结果，支持阻塞等待和结果获取 - **std::async**：函数模板，用于创建异步任务并返回关联的 std::future 对象 #### 2. std::async 基础用法 ```cpp #include <iostream> #include <future> int add(int a, int b) { return a + b; } int main() { // 启动异步任务（默认策略） std::future<int> result = std::async(add, 10, 20); // 阻塞获取结果 std::cout << "Result: " << result.get() << std::endl; // 输出30 return 0; } ``` **参数说明**： - 第一个参数可指定启动策略：`std::launch::async`（强制异步）或 `std::launch::deferred`（延迟执行） - 后续参数为函数参数列表[^2] #### 3. std::future 进阶用法 ```cpp auto future = std::async([](){ throw std::runtime_error("test error"); return 42; }); try { int val = future.get(); } catch(const std::exception& e) { std::cout << "捕获异常: " << e.what() << std::endl; } ``` **主要方法**： - `get()`：阻塞获取结果（只能调用一次） - `valid()`：检查结果是否可用 - `wait()`：阻塞等待任务完成 #### 4. 并行处理示例（引用[3]） ```cpp #include <execution> #include <vector> std::vector<int> process_data(const std::vector<int>& input) { std::vector<std::future<int>> results; std::transform(std::execution::par, input.begin(), input.end(), std::back_inserter(results), [](int x) { return std::async([x]{ return x * 2; // 模拟计算 }); }); std::vector<int> output; for(auto& fut : results) { output.push_back(fut.get()); } return output; } ``` **注意**：需确认编译器支持 C++17 并行算法[^3] #### 5. 与 packaged_task 结合（引用[1]） ```cpp #include <thread> #include <future> std::promise<int> prom; auto fut = prom.get_future(); std::thread([](std::promise<int> p){ p.set_value(100); }, std::move(prom)).detach(); std::cout << fut.get(); // 输出100 ``` §§注意事项§§ 1. 延迟启动策略可能导致后续`get()`阻塞主线程 2. 线程资源有限时建议使用线程池 3. `future.get()`只能调用一次 4. 异常会通过`future.get()`传播到主线程