std::future和std::promise用于C++多线程间异步通信，实现生产者-消费者模式；std::promise设值或异常，std::future获取结果，二者通过get_future关联，支持异常传递与移动语义，需注意仅能设置一次且避免未设值销毁。
在C++多线程编程中，std::future 和 std::promise 是一对用于实现异步通信的重要工具。它们配合使用可以在线程之间传递结果或异常，实现一种“生产者-消费者”模式的数据传递机制。
基本概念：future 与 promise 的作用
std::promise 是一个可写入一次的容器，用于保存某个值或异常；而 std::future 是与之关联的只读对象，用于在未来某个时间点获取这个值。每个 promise 都可以通过 get_future() 获取对应的 future。
典型场景是一个线程计算结果并将其设置到 promise 中，另一个线程通过对应的 future 等待并获取该结果。
基本用法示例
下面是一个简单的例子，展示两个线程如何通过 promise 和 future 进行通信：
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#include <iostream>
#include <thread>
#include <future>
void producer(std::promise<int>&& prms) {
try {
// 模拟耗时操作
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));
int result = 42;
prms.set_value(result); // 设置结果
} catch (...) {
prms.set_exception(std::current_exception());
}
}
void consumer(std::future<int>&& fut) {
std::cout << "等待结果...\n";
int value = fut.get(); // 阻塞直到结果可用
std::cout << "收到结果：" << value << "\n";
}
int main() {
std::promise<int> prms;
std::future<int> fut = prms.get_future();
std::thread t1(producer, std::move(prms));
std::thread t2(consumer, std::move(fut));
t1.join();
t2.join();
return 0;
}
在这个例子中：
- 主线程创建了一个 promise 和其对应的 future。
- producer 线程负责生成数据，并通过 set_value() 将结果写入 promise。
- consumer 线程调用 get() 在 future 上阻塞等待，直到值可用。
异常传递支持
promise 不仅能传递正常值，还能传递异常。如果计算过程中发生错误，可以使用 set_exception() 方法将异常保存进去，future 在 get() 时会重新抛出该异常。
例如：
void faulty_producer(std::promise<double>&& prms) {
try {
throw std::runtime_error("计算失败");
} catch (...) {
prms.set_exception(std::current_exception());
}
}
当 consumer 调用 fut.get() 时，会抛出 runtime_error，需用 try-catch 处理。
实用技巧与注意事项
使用 promise 和 future 时需要注意以下几点：
- 每个 promise 只能调用一次 set_value、set_exception 或 set_exception_at_thread_exit（否则会抛出 std::future_error）。
- 若 promise 被销毁前未设置值，且没有被“放弃”（如调用 std::promise::set_value()），则其 future 会在 get() 时抛出 std::future_error。
- 移动语义是必须的：promise 和 future 都不可复制，只能移动。
- 可用于线程间解耦：发送方只需关心设置结果，接收方只关注获取结果，无需显式锁。
基本上就这些。合理使用 promise 和 future，可以让多线程任务的结果传递更清晰安全。虽然功能强大，但也注意避免死锁——比如不要在等待 future 的同时持有锁，导致生产者无法完成写入。
