future

C++11 提供了std::future类模板，future 对象提供访问异步操作结果的机制，很轻松解决从异步任务中返回结果。

在 C++ 标准库中，有两种“期望”，使用两种类型模板实现（这里主要介绍的是唯一期望）：

• 唯一期望(unique futures，std::future<>) 实例只能与一个指定事件相关联。
• 共享期望(shared futures, std::shared_future<>) 实例能关联多个事件。

事实上，一个std::future对象在内部存储一个将来会被某个 provider 赋值的值，并提供了一个访问该值的机制，通过get()成员函数实现。但如果有人试图在get()函数可用之前通过它来访问相关的值，那么get()函数将会阻塞，直到该值可用。

一个有效的std::future对象通常由以下三种 Provider 创建，并和某个共享状态相关联。Provider 可以是函数或者类，他们分别是：

• std::async函数；
• std::promise::get_future，get_future 为 promise 类的成员函数；
• std::packaged_task::get_future，此时 get_future为 packaged_task 的成员函数；

C++11 提供的 <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, shared_future；
• Providers 函数：std::async()；
• 其他类型：std::future_error, std::future_errc, std::future_status, std::launch；

std::future构造函数

std::future一般由上面三种 Provider 创建，不过也提供了构造函数：

// default 由 std::future 默认构造函数创建的 future 对象不是有效的
future() noexcept;
// copy [deleted] 
future (const future&) = delete;
// move
future (future&& x) noexcept;

不过std::future的拷贝构造函数是被禁用的，只提供了默认的构造函数和 move 构造函数。另外，std::future的普通赋值操作也被禁用，只提供了 move 赋值操作。如下代码所示：

std::future<int> fut;           // 默认构造函数
fut = std::async(do_some_task);   // move-赋值操作。

future 作为线程间一种同步手段，还有一个知识就是其共享状态。所谓共享状态就是这个 future 对象所表示的异步操作是否能够在其他线程中被访问。一般来说，通过异步操作创建的 future 会被这些异步操作设置共享状态 。future 对象可以通过 valid() 函数查询其共享状态是否有效 ，一般来说，只有当 valid() 返回 true的时候才调用 get() 去获取结果，

std::future::share()

返回一个 std::shared_future 对象，调用该函数之后，该 std::future 对象本身已经不和任何共享状态相关联，因此该 std::future 的状态不再是 valid 的了。

std::shared_future<T> share() noexcept;

#include <iostream>       // std::cout
#include <future>         // std::async, std::future, std::shared_future

int do_get_value() { return 10; }

int main ()
{
    std::future<int> fut = std::async(do_get_value);
    std::shared_future<int> shared_fut = fut.share();

    // 共享的 future 对象可以被多次访问.
    std::cout << "value: " << shared_fut.get() << '\n';
    std::cout << "its double: " << shared_fut.get()*2 << '\n';

    return 0;
}

std::future::get()

std::future::get 一共有三种形式：

T get(); // (仅为泛型 future 模板的成员)
T& get(); // (仅为 future<T&> 模板特化的成员)
void get(); // (仅为 future<void> 模板特化的成员)

当与该 std::future 对象相关联的共享状态标志变为 ready 后，调用该函数将返回保存在共享状态中的值，如果共享状态的标志不为 ready，则调用该函数会阻塞当前的调用者，而此后一旦共享状态的标志变为 ready，get 返回 Provider 所设置的共享状态的值或者异常（如果抛出了异常）。

std::future::valid()

bool valid() const noexcept;

检查当前的 std::future 对象是否有效，即释放与某个共享状态相关联。一个有效的 std::future 对象只能通过 std::async(), std::future::get_future 或者 std::packaged_task::get_future 来初始化。另外由 std::future 默认构造函数创建的 std::future 对象是无效(invalid)的，当然通过 std::future 的 move 赋值后该 std::future 对象也可以变为 valid。

std::future::wait()

等待与当前std::future 对象相关联的共享状态的标志变为 ready。

如果共享状态的标志不是 ready，调用该函数会被阻塞当前线程，直到共享状态的标志变为 ready。一旦共享状态的标志变为 ready，wait() 函数返回，当前线程被解除阻塞，但是 wait() 并不读取共享状态的值或者异常。

std::future::wait_for()

与 std::future::wait() 的功能类似，即等待与该 std::future 对象相关联的共享状态的标志变为 ready，该函数原型如下：

template< class Rep, class Period >
    std::future_status wait_for( const std::chrono::duration<Rep,Period>& timeout_duration ) const;

而与 std::future::wait() 不同的是，wait_for() 可以设置一个时间段 rel_time，如果共享状态的标志在该时间段结束之前没有被 Provider 设置为 ready，则调用 wait_for 的线程被阻塞，在等待了 timeout_duration 的时间长度后 wait_until() 返回，返回值如下：

std::future::wait_until()

与 std::future::wait() 的功能类似，即等待与该 std::future 对象相关联的共享状态的标志变为 ready，该函数原型如下：

template< class Clock, class Duration >
    std::future_status wait_until( const std::chrono::time_point<Clock,Duration>& timeout_time ) const;

而 与 std::future::wait() 不同的是，wait_until() 可以设置一个系统绝对时间点 abs_time，如果共享状态的标志在该时间点到来之前没有被 Provider 设置为 ready，则调用 wait_until 的线程被阻塞，在 abs_time 这一时刻到来之后 wait_for() 返回，返回值如下:

std::shared_future

std::shared_future 共有四种构造函数，如下所示：

shared_future() noexcept; // default
shared_future (const shared_future& x); // copy
shared_future (shared_future&& x) noexcept; // move
shared_future (future<T>&& x) noexcept; // move from future

std::shared_future 与 std::future 类似，但是 std::shared_future 可以拷贝、多个 std::shared_future 可以共享某个共享状态的最终结果(即共享状态的某个值或者异常)。shared_future 可以通过某个 std::future 对象隐式转换，或者通过 std::future::share() 显示转换，无论哪种转换，被转换的那个 std::future 对象都会变为 not-valid。