浅谈C++11 std::async()基础用法示例
作者：华丽的周遭
在 C++11 中引入的 std::async是一个用于异步执行任务的工具，它简化了多线程编程的复杂度，通过返回 std::future对象实现对异步任务结果的获取。
一、核心概念
std::async用于启动一个异步任务（可能在独立线程中执行），并返回一个 std::future对象，通过该对象可以：
- 阻塞等待任务完成并获取返回值（
future::get()）； - 查询任务状态（
future::valid()、future::wait_for()等）； - 异常传递（任务中的异常会延迟到
get()时抛出）。
二、函数原型与启动策略
std::async的声明如下：
template< class Function, class... Args >
std::future<typename std::result_of<Function(Args...)>::type>
async( Function&& f, Args&&... args );
template< class Function, class... Args >
std::future<typename std::result_of<Function(Args...)>::type>
async( std::launch policy, Function&& f, Args&&... args );其中第二个模板参数是启动策略（std::launch枚举），控制任务的执行方式：
策略 | 说明 |
|---|---|
std::launch::async | 强制在新线程中异步执行任务（类似 std::thread直接启动）。 |
std::launch::deferred | 延迟执行：任务不会立即启动，直到调用 future.get()或 wait()时才在当前线程同步执行。 |
默认策略（无显式指定） | 实现定义（通常是 `async |
三、基础用法示例
1. 最简用法（无显式策略）
template< class Function, class... Args >
std::future<typename std::result_of<Function(Args...)>::type>
async( Function&& f, Args&&... args );
template< class Function, class... Args >
std::future<typename std::result_of<Function(Args...)>::type>
async( std::launch policy, Function&& f, Args&&... args );std::async(compute, 2, 3)启动异步任务，传递函数compute和参数2, 3。future.get()阻塞主线程，直到任务完成并返回结果。
2. 显式指定启动策略
// 强制异步执行（新线程） auto future_async = std::async(std::launch::async, compute, 2, 3); // 延迟执行（当前线程同步执行） auto future_deferred = std::async(std::launch::deferred, compute, 2, 3); future_async.get(); // get()阻塞等待 future_deferred.get(); // 此时在当前线程同步执行 compute(2,3)
四、参数传递与引用语义
std::async支持传递任意可调用对象（函数、Lambda、函数对象等）和参数。若需传递引用，需用 std::ref包装：
#include <functional>
void modify(int& value) {
value = 100;
}
int main() {
int x = 0;
// 错误：直接传递引用会被复制（值语义）
// auto future = std::async(modify, x);
// 正确：用 std::ref 传递引用
auto future = std::async(modify, std::ref(x));
future.get();
std::cout << x << std::endl; // 输出 100（x 被修改）
return 0;
}五、std::future 的常用接口
std::async返回的 std::future提供以下关键方法：
方法 | 说明 |
|---|---|
get() | 阻塞直到任务完成，返回结果（或抛出任务中的异常）；只能调用一次。 |
wait() | 阻塞直到任务完成；可多次调用。 |
wait_for(timeout) | 阻塞最多 timeout时间，返回 std::future_status（ready/timeout/deferred）。 |
wait_until(timepoint) | 阻塞直到指定时间点。 |
valid() | 检查 future是否关联有效结果（未调用 get()时为 true）。 |
share() | 转换为 std::shared_future（允许多个对象共享结果）。 |
六、异常处理
异步任务中抛出的异常会被 std::future捕获，直到调用 get()时重新抛出：
int risky_compute(int x) {
if (x < 0) throw std::runtime_error("x is negative");
return x * 2;
}
int main() {
auto future = std::async(risky_compute, -1);
try {
int result = future.get(); // 抛出 std::runtime_error
} catch (const std::exception& e) {
std::cerr << "Error: " << e.what() << ""; // 捕获异常
}
return 0;
}七、注意事项
生命周期管理：
std::future析构时，若任务未完成且未被get()或wait()，可能导致程序终止（取决于实现）。若需共享结果，使用std::shared_future。线程复用：
std::async不保证任务一定在新线程中执行（尤其是deferred策略或编译器优化），依赖具体实现。性能开销：
相比手动管理
std::thread，std::async自动管理线程生命周期，但频繁创建小任务可能有额外开销（适合中高耗时任务）。
八、典型应用场景
- 并行计算：同时执行多个独立任务（如图像处理中的多区域计算）。
- 异步IO：发起IO操作后异步等待结果，避免阻塞主线程。
- 任务编排：结合
std::future::wait_for实现超时控制（如监控任务是否超时）。
总结
std::async是 C++11 中简化异步编程的核心工具，通过 std::future提供结果获取和状态查询能力。合理使用其启动策略和异常处理机制，可有效提升代码的并发性能和可维护性。
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