为何C++中std::async执行1024次函数未比串行调用更快？

核心问题 #

你的并行代码逻辑存在关键错误：在atoi(argv[1]) == 1的分支中，std::future<int> result是循环体内的局部变量。每次循环迭代结束时，该std::future对象会被销毁，而std::future的析构函数会阻塞当前线程，直到关联的异步任务执行完成。这就导致你创建的每个异步任务都被强制串行执行——前一个任务完成后，才会创建下一个任务，最终耗时和串行调用几乎一致。

修正方案 #

需要将所有异步任务对应的std::future对象保存到一个容器中，等所有任务都创建完成后，再统一等待它们执行结束。这样才能让多个任务真正并行运行。

修正后的代码 #

#include <chrono>
#include <cstdio>
#include <future>
#include <thread>
#include <vector>

struct Timer {
    std::chrono::time_point<std::chrono::steady_clock> start, end;
    std::chrono::duration<float> duration{};
    Timer() {
        start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    }
    ~Timer() {
        end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
        duration = end - start;
        printf("Duration %f s\n", duration.count());
    }
};

int add(int a, int b) {
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));
    return a + b;
}

int main(int argc, char* argv[]) {
    if(argc != 2) {
        printf("Usage: %s <n>\n    where n is 0 or 1\n\n", argv[0]);
        return 1;
    }
    Timer timer;
    if(atoi(argv[1]) == 0) {
        for(int i = 0; i < 1024; i++) {
            add(i, 1024);
        }
    }
    if(atoi(argv[1]) == 1) {
        std::vector<std::future<int>> futures;
        futures.reserve(1024); // 预分配空间，避免动态扩容开销
        for(int i = 0; i < 1024; i++) {
            futures.emplace_back(std::async(std::launch::async, add, i, 1024));
        }
        // 这里不需要显式调用get()，vector销毁时会自动等待所有future完成
        // 如果需要获取结果，可以遍历调用result.get()
        // for(auto& f : futures) { f.get(); }
    }
    return 0;
}

预期效果 #

修正后，并行执行的耗时会显著降低，大致接近(1024 * 10ms) / CPU核心数（实际会略高，包含线程调度开销）。比如8核CPU下，耗时大概在13秒左右（你的串行测试是16秒，debug模式下线程调度开销会更大）。

额外说明 #

• 你的CMake配置没有问题，已经正确指定了C++20标准，满足std::async的使用要求。
• 使用std::launch::async确保任务会在新线程执行，避免编译器选择std::launch::deferred（延迟执行，直到调用get()才会在当前线程运行）。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Kérdezősködő Indián