前面介紹了C++11的std::thread、std::mutex以及std::condition_variable，并實現了一個多線程通信的chan類，雖然由于篇幅的限制，該實現有些簡陋，甚至有些缺陷，但對于一般情況應該還是夠用了。在C++11多線程系列的最后會獻上chan的最終版本，敬請期待。
本文將介紹C++11的另一大特性：異步運行(std::async)。async顧名思義是將一個函數A移至另一線程中去運行。A可以是靜態函數、全局函數，甚至類成員函數。在異步運行的過程中，如果A需要向調用者輸出結果怎么辦呢？std::async完美解決了這一問題。在了解async的解決之道前，我們需要一些知識儲備，那就是：std::promise、std::packaged_task和std::future。異步運行涉及的內容較多，我們會分幾節來講。

1. std::promise

std::promise是一個模板類: template<typename R> class promise。其泛型參數R為std::promise對象保存的值的類型，R可以是void類型。std::promise保存的值可被與之關聯的std::future讀取，讀取操作可以發生在其它線程。std::promise允許move語義(右值構造，右值賦值)，但不允許拷貝(拷貝構造、賦值)，std::future亦然。std::promise和std::future合作共同實現了多線程間通信。

1.1 設置std::promise的值

通過成員函數set_value可以設置std::promise中保存的值，該值最終會被與之關聯的std::future::get讀取到。需要注意的是：set_value只能被調用一次，多次調用會拋出std::future_error異常。事實上std::promise::set_xxx函數會改變std::promise的狀態為ready，再次調用時發現狀態已要是reday了，則拋出異常。

#include <iostream> // std::cout, std::endl
#include <thread>   // std::thread
#include <string>   // std::string
#include <future>   // std::promise, std::future
#include <chrono>   // seconds
using namespace std::chrono;

void read(std::future<std::string> *future) {
    // future會一直阻塞，直到有值到來
    std::cout << future->get() << std::endl;
}

int main() {
    // promise 相當于生產者
    std::promise<std::string> promise;
    // future 相當于消費者, 右值構造
    std::future<std::string> future = promise.get_future();
    // 另一線程中通過future來讀取promise的值
    std::thread thread(read, &future);
    // 讓read等一會兒:)
    std::this_thread::sleep_for(seconds(1));
    // 
    promise.set_value("hello future");
    // 等待線程執行完成
    thread.join();

    return 0;
}
// 控制臺輸: hello future

與std::promise關聯的std::future是通過std::promise::get_future獲取到的，自己構造出來的無效。一個std::promise實例只能與一個std::future關聯共享狀態，當在同一個std::promise上反復調用get_future會拋出future_error異常。
共享狀態。在std::promise構造時，std::promise對象會與共享狀態關聯起來，這個共享狀態可以存儲一個R類型的值或者一個由std::exception派生出來的異常值。通過std::promise::get_future調用獲得的std::future與std::promise共享相同的共享狀態。

1.2 當std::promise不設置值時

如果promise直到銷毀時，都未設置過任何值，則promise會在析構時自動設置為std::future_error，這會造成std::future.get拋出std::future_error異常。

#include <iostream> // std::cout, std::endl
#include <thread>   // std::thread
#include <future>   // std::promise, std::future
#include <chrono>   // seconds
using namespace std::chrono;

void read(std::future<int> future) {
    try {
        future.get();
    } catch(std::future_error &e) {
        std::cerr << e.code() << "\n" << e.what() << std::endl;
    }
}

int main() {
    std::thread thread;
    {
        // 如果promise不設置任何值
        // 則在promise析構時會自動設置為future_error
        // 這會造成future.get拋出該異常
        std::promise<int> promise;
        thread = std::thread(read, promise.get_future());
    }
    thread.join();

    return 0;
}

上面的程序在Clang下輸出：

future:4
The associated promise has been destructed prior to the associated state becoming ready.

1.3 通過std::promise讓std::future拋出異常

通過std::promise::set_exception函數可以設置自定義異常，該異常最終會被傳遞到std::future，并在其get函數中被拋出。

#include <iostream>
#include <future>
#include <thread>
#include <exception>  // std::make_exception_ptr
#include <stdexcept>  // std::logic_error

void catch_error(std::future<void> &future) {
    try {
        future.get();
    } catch (std::logic_error &e) {
        std::cerr << "logic_error: " << e.what() << std::endl;
    }
}

int main() {
    std::promise<void> promise;
    std::future<void> future = promise.get_future();

    std::thread thread(catch_error, std::ref(future));
    // 自定義異常需要使用make_exception_ptr轉換一下
    promise.set_exception(
        std::make_exception_ptr(std::logic_error("caught")));
    
    thread.join();
    return 0;
}
// 輸出：logic_error: caught

std::promise雖然支持自定義異常，但它并不直接接受異常對象：

// std::promise::set_exception函數原型
void set_exception(std::exception_ptr p);

自定義異常可以通過位于頭文件exception下的std::make_exception_ptr函數轉化為std::exception_ptr。

1.4 std::promise<void>

通過上面的例子，我們看到std::promise<void>是合法的。此時std::promise.set_value不接受任何參數，僅用于通知關聯的std::future.get()解除阻塞。

1.5 std::promise所在線程退出時

std::async(異步運行)時，開發人員有時會對std::promise所在線程退出時間比較關注。std::promise支持定制線程退出時的行為：

• std::promise::set_value_at_thread_exit 線程退出時，std::future收到通過該函數設置的值。
• std::promise::set_exception_at_thread_exit 線程退出時，std::future則拋出該函數指定的異常。

關于std::promise就是這些，本文從使用角度介紹了std::promise的能力以及邊界，讀者如果想更深入了解該類，可以直接閱讀一下源碼。