如何在c++中实现一个简单的Futures/Promises库？ (异步编程基础)

自己实现最小promise/Future是为了透彻理解值跨线程传递、状态原子切换、回调注册触发三大核心机制，避开标准库复杂调度细节。

为什么 std::promise/std::future 已经够用，还要自己实现？

因为标准库的 std::promise 和 std::future 是线程安全、带状态机、支持 wait_for/wait_until 的完整实现，但它的内部依赖 std::mutex、std::condition_variable 甚至 TLS（如 std::async 的 launch policy），初学者直接读源码容易迷失在调度细节里。自己写一个最小可行版本，能看清「值如何跨线程传递」「状态如何原子切换」「回调如何注册与触发」这三个核心问题。

最简 Promise/Future 需要哪些成员？

一个可拷贝的 Future + 一个独占持有的 Promise 就够了，不支持共享状态（即不实现 std::shared_future），也不支持多消费者。关键点是：状态必须用原子变量控制，值存储需延迟构造（避免未就绪时访问）。

• Promise 持有 std::atomic 表示是否已设置（is_ready_），以及一个 std::optional 存值（c++17 起可用；否则用 aligned_storage + placement new）
• Future 持有对同一份 is_ready_ 和 value_ 的引用（或指针），只读，不可调用 set_value
• 禁止拷贝 Promise，只允许移动 —— 否则多个对象可能同时调用 set_value
• Future::get() 必须阻塞直到 is_ready_ == true，可用 while(!is_ready_.load()) std::this_thread::yield();（简单场景），生产环境应改用条件变量

#include  #include  #include  #include  
template  class SimplePromise { std::atomic_bool isready{false}; std::optional value_;
public: SimplePromise() = default; SimplePromise(const SimplePromise&) = delete; SimplePromise& operator=(const SimplePromise&) = delete; SimplePromise(SimplePromise&&) = default; SimplePromise& operator=(SimplePromise&&) = default;
void set_value(T v) {     assert(!is_ready_.exchange(true)); // 确保只设置一次     value_.emplace(std::move(v)); }  friend class SimpleFuturezuojiankuohaophpcnTyoujiankuohaophpcn;
};
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template  class SimpleFuture { SimplePromise* promise_;
public: explicit SimpleFuture(SimplePromise& p) : promise_(&p) {}
T get() {     while (!promise_-youjiankuohaophpcnis_ready_.load()) {         std::this_thread::yield();     }     return std::move(*promise_-youjiankuohaophpcnvalue_); }
};
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如何添加回调支持（类似 then()）？
原生 std::future 不支持链式回调，这是自己实现时最有价值的扩展点。核心是：当 Promise 就绪时，遍历并执行所有注册的函数对象（std::function）。注意两点：回调必须在就绪后立即执行（不新开线程），且不能递归调用 set_value（否则栈溢出）。

把 std::vector<:function>> 加进 SimplePromise，并在 set_value 末尾遍历调用
 Future::then() 返回一个新的 Future，它内部新建一个 Promise，并在回调里调用其 set_value 
若回调抛异常，需捕获并转为 std::exception_ptr（否则程序终止）
不要在回调里直接访问原 Future 的 get() —— 此时值已就绪，但语义上应通过参数传入

常见崩溃点和调试建议
自己实现最容易栽在内存生命周期和竞态上：

 Future 持有裸指针指向栈上的 Promise？一旦 Promise 析构，Future::get() 就访问野指针 —— 必须确保 Promise 生命周期长于所有关联的 Future 
多个线程同时调用同一个 Promise::set_value()？is_ready_.exchange(true) 是原子的，但 value_.emplace() 不是 —— 所以 assert 那行其实承担了排他性检查职责，漏掉就 UB
用 std::this_thread::yield() 做轮询？在单核机器或高负载下可能饿死；真实项目中应搭配 std::condition_variable 或 std::atomic_flag::wait()（C++20）
移动 Promise 后又调用 set_value？移动后原对象处于有效但未指定状态，is_ready_.load() 仍合法，但 value_.emplace() 可能失败 —— 所以移动构造函数里应显式置空 value_ 并重置 is_ready_ 

真正难的不是语法，而是想清楚：谁拥有值、谁负责析构、谁决定就绪时机、回调在哪个线程执行。这些边界模糊的地方，才是异步逻辑出 bug 的温床。