为何不持有std::async返回值时主线程会等待其创建的子线程？

正常运行的代码与输出 #

我运行以下代码：

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

int main() {
    auto fut = std::async(
        std::launch::async, 
        []{
            std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
            std::cout << "sub : " << std::this_thread::get_id() << std::endl;
        }
    ); 

    std::cout << "do some on main thread" << std::endl;
    
    fut.get();

    std::cout << "main: " << std::this_thread::get_id() << std::endl;
}

得到输出：

do some on main thread
sub : 139899103246080
main: 139899103250240

这个结果符合预期：因为std::async创建的子线程会先休眠1秒，所以主线程的do some on main thread会先输出。

忽略返回值后的代码与输出 #

但当我移除存储返回值的变量fut后，出现了不符合预期的行为（此代码仅作实验用途）：

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

int main() {
    std::async(
        std::launch::async, 
        []{
            std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
            std::cout << "sub : " << std::this_thread::get_id() << std::endl;
        }
    ); 

    std::cout << "do some on main thread" << std::endl;
    
    std::cout << "main: " << std::this_thread::get_id() << std::endl;
}

输出结果为：

sub : 139716056966912
do some on main thread
main: 139716056971072

看起来主线程会等待子线程完成后，才会输出do some on main thread。同时编译时会收到警告：warning: ignoring return value of function declared with 'nodiscard' attribute [-Wunused-result]，C++20起std::async新增了nodiscard属性。

行为原因解析 #

这并非未定义行为，而是C++标准明确规定的行为：std::async会返回一个std::future对象，当这个对象是临时对象（未被赋值给变量，语句执行完毕后立即销毁）时，其析构函数会阻塞当前线程，直到关联的异步任务执行完成。

你看到的主线程等待子线程的现象，就是因为临时std::future对象在std::async语句结束时被销毁，触发了等待逻辑，导致主线程必须等子线程的休眠和输出完成后，才能继续执行后续的打印语句。

C++20给std::async添加nodiscard属性，正是为了提醒开发者不要忽略这个返回值，避免这种容易让人困惑的隐式阻塞行为。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Takatoshi Kondo