C++异步编程：完全指南

C++ 异步编程：完整指南

现代应用程序需要高性能和响应性。C++ 中的异步编程允许执行耗时操作（输入输出、网络请求、复杂计算）而不会阻塞主线程。在本指南中，我们将解析 C++ 异步工作的关键机制：从经典的 std::thread 和 std::async 到现代的 C++20 协程。您将学习如何编写高效且安全的异步代码。

1. 基础：std::thread 和 std::async

从基本工具开始。std::thread 创建新的执行线程，但需要手动管理和同步。更方便的选项是 std::async，它异步启动函数并返回 std::future 以获取结果。

#include <iostream>#include <future>#include <chrono>

int long_running_task(int input) {    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));    return input * 10;}

int main() {    std::cout << "启动异步任务...";    std::future<int> result = std::async(std::launch::async, long_running_task, 5);        // 在任务执行期间做一些有用的事情    std::cout << "主线程继续工作...";        // 获取结果（如果任务尚未完成则阻塞）    int value = result.get();    std::cout << "结果: " << value << std::endl;    return 0;}

关键点：

• std::launch::async — 保证在单独线程中启动。
• std::launch::deferred — 延迟执行直到调用 get()。
• get() 方法会阻塞线程直到获取结果。

2. 高级操作：std::promise 和 std::future

当需要将结果从一个线程传递到另一个线程时，使用 std::promise 和 std::future 对。promise 设置值，而 future 获取它。这在线程池或任务链中特别有用。

#include <iostream>#include <future>#include <thread>

void worker(std::promise<int> prom) {    try {        int result = 42; // 复杂计算        prom.set_value(result);    } catch (...) {        prom.set_exception(std::current_exception());    }}

int main() {    std::promise<int> prom;    std::future<int> fut = prom.get_future();        std::thread t(worker, std::move(prom));        // 获取结果    int value = fut.get();    std::cout << "获取的值: " << value << std::endl;        t.join();    return 0;}

重要特性：

• promise 不能复制，只能移动。
• 异常通过 set_exception 传递。
• future 只能使用一次（一次性获取）。

3. C++20 协程：现代方法

协程（coroutines）是 C++20 中添加的强大工具。它们允许暂停和恢复函数执行，而不阻塞线程。这对于异步输入输出操作和生成器非常理想。

#include <iostream>#include <coroutine>#include <future>

struct SimpleTask {    struct promise_type {        SimpleTask get_return_object() { return {}; }        std::suspend_never initial_suspend() { return {}; }        std::suspend_never final_suspend() noexcept { return {}; }        void return_void() {}        void unhandled_exception() { std::exit(1); }    };};

SimpleTask async_operation() {    std::cout << "协程开始";