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之前说过，内部的处理逻辑和相似，而且和有密不可分的联系。今天，通过对和源码进行解析，了解二者的处理逻辑和关系。

源码均基于 MSVC 实现

参考：

1. 博主恋恋风辰的个人博客
2. up主mq白cpp的个人仓库

有两种重载实现：

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第一种重载需要显式指定启动策略，也就是我们之前说的、和；第二种重载在使用默认策略时会被调用（也就是只传递可调用对象和参数而不传递启动策略），在内部会调用第一种重载并传入一个策略，并将参数全部转发。

我们只需要着重关注第一种重载即可：

1. 模板参数和函数体外部信息：
   • ：可调用对象的类型
   • ：可调用对象所需的参数类型
   • ：宏，用于标记该函数的返回值不应被忽略
2. 返回类型：

   其实就是返回一个 对象，是对给定的可调用对象 和参数 执行后返回的类型，其实也就是通过 从 和 中推导出的返回类型。

   我们之前在源码解析中说过内部其实是调用函数，函数负责提供参数并调用传入的可调用对象。

   我们可以把 看作是一个对 的结果类型的封装， 是一个工具，可以调用可调用对象并返回其结果。 提供了一种方式来“推导”出这个结果类型。

   这个类型萃取工具通常长这样（简化版）：

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   上述代码通过 来推导（decltype） （即可调用对象）在给定参数 上执行后的返回类型。换句话说， 的 成员类型就是可调用对象在调用后的返回类型。

   值得注意的是，所有类型在传递前都进行了 处理，也就是将cv和const修饰符去掉，默认按值传递与 的行为一致。

3. 形参：
   • : 表示任务的执行策略，可以是 （表示异步执行）或 （表示延迟执行），或者
   • : 可调用对象，通过完美转发机制将其转发给实际的异步任务
   • : 调用该可调用对象时所需的参数，同样通过完美转发机制进行转发
4. 和：
   • 就算我们在返回类型中说到的，表示可调用对象的返回类型；
   • ： 的定义在大多数情况下和 是相同的，类模板 只是为了处理引用类型以及 void 的情况，参见 的实现：

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     为什么需要 _Ptype ？

     在异步任务的实现中， 是用于将结果与 绑定的对象。 的模板参数通常是可调用对象返回值的类型。在 函数中，我们需要创建一个 对象来存储任务的结果，因此我们需要计算出正确的承诺类型（）。也就是说，定义 是为了配合后面 的使用，确保任务的结果可以通过 获取。

     • 是任务返回的类型（由 推导出）。
     • 就是这个返回类型的承诺类型。也就是说， 是 的模板参数类型，表示这个任务结果的类型。

     的定义在大多数情况下和 是相同的，都是可调用对象返回值的类型。

5. ：创建一个 对象 ，其类型为 ，表示与异步任务的结果相关联的承诺（promise）。类型我们之前讲过，这里就不在叙述它的作用，关键还在于其存储的数据成员：

   注意： 和 并不是同一个模板类，是为了提供对 的进一步定制，并不是本身。模板类的私有成员是通过声明的，即

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   ---

   类模板是对类模板的包装，并增加了一个表示状态的私有成员 。

   状态成员用于跟踪 是否已经调用过 成员函数；它默认为 ，在第一次调用 成员函数时被置为 ，如果二次调用，就会抛出异常。

   的构造函数接受的不是类型的对象，而是类型的指针，用来初始化数据成员 。

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   这是因为实际上类型只有两个私有成员：指针，以及一个状态成员：

   可以简单理解为 是对 的包装，其中的大部分接口实际上是调用 的成员函数（你们可以去的实现源码中查阅，大部分接口其实都是通过调用实现的）。

   所以在解析源码之前，我们必须对有一个清晰的了解：

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   这是模板类主要的成员变量（我没有全部列上去，只列了主要的），其中，最为重要的三个变量是：异常指针、互斥量、条件变量。

   其实， 模板类负责管理异步任务的状态，包括结果的存储、异常的处理以及任务完成的通知。它是实现 和 的核心组件之一，通过 和 类模板对其进行封装和管理，提供更高级别的接口和功能。

   
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   、_、 之间的包含关系如上述结构所示。

6. 初始化 对象：

   这是一个函数调用，将我们 的参数全部转发给它。

   1. 首先将参数 （可调用对象）和 （传入可调用对象的参数包） 通过 转发给 。
   2. 然后， 创建一个可调用对象（函数适配器）。
   3. 接着，适配器和指定的启动策略被传递给 函数，目的是获取与异步操作相关的状态。
   4. 最终， 返回一个与异步操作相关的状态，并将其传递给 ，这将会返回一个 ，代表一个异步操作的结果。

   函数根据启动模式（_Policy，有三种）来决定创建的异步任务状态对象类型：

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   函数返回一个 指针（ 可用于初始化，_可用于初始化），该指针指向一个新的 或 对象。这两个类分别对应于异步任务的两种不同执行策略：延迟执行和异步执行。

   这段代码也很好的说明， 和 的行为是相同的，都会创建新线程异步执行任务，只不过前者会自行判断系统资源来抉择。

   ---

   与 都继承自 ，其用于异步执行任务。它们的构造函数都接受一个函数对象，并将其转发给基类 的构造函数。

   类型只有一个数据成员 ： 类型的对象 ，它用来存储需要执行的异步任务，而它又继承自 。

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   如上图所示， 与 都继承自 ， 中保存了传入给的可调用对象。同时，继承自， 是类中成员的最基本组成对象，基本所有的接口都是通过调用 的函数实现的。

   与 的构造函数如下：

   a. _Task_async_state

   有一个数据成员用于从线程池中获取线程，并执行可调用对象：

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   的实现使用了微软实现的并行模式库（PPL）。简而言之， 策略并不是单纯的创建线程让任务执行，而是使用了微软的 ，它从线程池中获取线程并执行任务返回包装对象。

   是调用 的父类 的成员函数 .

   有三个版本，自然也有三种版本，用于处理可调用对象返回类型的三种情况：

   表示执行可调用对象，表示将可调用对象的返回值传入给，其他两个函数也是类似的处理过程。

   、、类似。当 函数对象抛出异常时，控制流会跳转到 代码块；用来记录当前捕获的异常; 标识异常处理的结束；因为返回类型为表示不获取返回值，所以这里通过传递一个 1（表示正确执行的状态）。所有的返回值均传入给。

   简而言之，就是把返回引用类型的可调用对象返回值的引用获取地址传递给 ，把返回 void 类型的可调用对象传递一个 1 （表示正确执行的状态）给 。

   、函数来自模板类的父类，通过这两个函数，传递的可调用对象执行结果，以及可能的异常，并将结果或异常存储在 中。

   b. _Deferred_async_state

   并不会从线程池中获取一个新线程，然后再新线程中执行任务，而是当前线程调用future的get或者wait函数时，在当前线程中同步执行。但它同样调用 函数执行存储的可调用对象，它有一个 函数：

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   然后通过 调用可调用对象并通过函数、存储可调用对象返回结果或者异常至。

7. 返回

   在前面说了，其实就是可调用对象返回值的类型。

   传给构造函数的参数之一是：，调用上面构造的的成员函数，该函数用于返回类的私有成员变量。

   函数的实现如下：

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   其实就是调用的成员函数检查状态（是否有错），然后判断是否提前返回可调用对象的返回值（如果是，代表future的get被调用，抛出异常）；最后，返回。

我们首先从一个最简单的示例开始：

我们从之前的学习中了解到，就是从中获取可调用对象的返回结果。唯一的问题是： 内部执行了什么流程？首先从的实现开始：

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类继承自类，类又有一个类型的私有成员，而的接口实现大部分是通过调用 的成员函数实现的。关系如下：

但你可能发现一个问题，类怎么没有成员函数？？？？其实，函数继承自父类。

而类的其实是通过调用的接口实现的，所以说，在和中是非常核心的。

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的函数通过保护共享数据，然后调用执行可调用对象，直至调用结束。

其实就是通过调用来调用，我们在源码中学习过和`_Call_immediate()。

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在 函数中调用 是为了确保延迟执行（）的任务能够在等待前被启动并执行完毕。这样，在调用 时可以正确地等待任务完成。

因为只有才是当调用时才会执行，其他两种启动策略在大部分情况下都是直接执行，通过获得结果。所以我们必须保证在调用函数时，执行策略的任务被执行，而其他两种启动策略早已经执行任务，无需再调用。所以在函数中，有下面一段，判断任务是否以及执行，如果被执行，那么久就不调用，反之调用。

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通过条件变量挂起当前线程，等待可调用对象执行完毕。在等待期间，当前线程释放持有的锁，保证其他线程再次期间可以访问到共享资源，待当前线程被唤醒后，重新持有锁。其主要作用是：

1. 避免虚假唤醒：
   • 条件变量的 函数在被唤醒后，会重新检查条件（即 是否为 ），确保只有在条件满足时才会继续执行。这防止了由于虚假唤醒导致的错误行为。
2. 等待 的任务在其它线程执行完毕：
   • 对于 模式的任务，这段代码确保当前线程会等待任务在另一个线程中执行完毕，并接收到任务完成的信号。只有当任务完成并设置 为 后，条件变量才会被通知，从而结束等待。

这样，当调用 函数时，可以保证无论任务是 还是 模式，当前线程都会正确地等待任务的完成信号，然后继续执行。

其实还有两种特化，不过整体大差不差。

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也就是对返回类型为引用和 void 的情况了。其实先前已经聊过很多次了，无非就是内部的返回引用实际按指针操作，返回 void，那么也得给个 1，表示正常运行的状态。类似于前面 的实现。

函数是的成员函数，而没有继承父类：

因为有三种特化，所以函数也有三种特化。它们将当前对象的指针通过转移给类型为的局部变量（转移后，原本的对象便失去了所有权）。然后，局部变量调用成员函数，并将结果返回。

注意：局部对象 在函数结束时析构。这意味着当前对象（）失去共享状态，并且状态被完全销毁。

函数的实现如下：

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成员函数检查 future 当前是否关联共享状态，即是否当前关联任务。如果还未关联，或者任务已经执行完（调用了 get()、set()），都会返回 。

• 首先，通过判断当前对象是否关联共享状态，如果没，抛出异常。
• 最后，调用 的成员函数 ，传递 参数，其实就是代表这个成员函数只能调用一次。

的类型是 ，是一个指针类型，它实际会指向自己的子类对象，我们在讲 源码的时候提到了，它必然指向 或者 。

这其实是个多态调用，父类有这个虚函数：

子类 对其进行了重写，以 策略或者策略创建的，实际会调用 ：

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没有对其进行重写，直接调用父类虚函数。

就是 ，调用 成员函数确保任务执行完毕。

其实又是回去调用父类的虚函数了。

方法详解

1. _Get_value()只能调用一次

   如果 为 且 为 （表示结果已经被检索过），则抛出 错误。

2. 处理异常

   如果在获取结果过程中出现了异常，需要重新抛出该异常

3. 设置 为

   在获取值之前，设置 为 ，表示结果已经被检索过。这样可以确保 对象不会被重复获取，避免多次调用 时引发错误。

4. 执行延迟函数

   调用来运行可能的延迟任务。在该函数内部，如果任务已经运行，那么退出，如果没运行，调用函数执行可调用对象。

5. 等待结果

   使用条件变量挂起当前线程，确保线程同步，即只有当异步任务准备好返回结果时，线程才会继续执行。

6. 再次检查异常

   线程被唤醒将结果存储至对象中后，再次判断是否发生了异常，需要重新抛出异常

7. 返回结果

   这部分代码根据 类型的特性决定如何返回结果：

   • 如果 类型是 默认可构造（即 的默认构造函数有效），直接返回 。
   • 否则，返回

   是一个 引入的类型特征，用于检查类型 是否具有默认构造函数。

   是 中持有的结果，而 是存储在 中的实际值。

是通过执行 函数，然后 再执行 ， 再执行 ，再执行并通知线程可以醒来， 获取到我们执行任务的返回值的。以 的偏特化为例：