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C++多线程编程实战代码：打造高效并发程序

2023-06-27 06:12:00 深夜i -- --

C++ 多线程编程实战代码高效并发程序打造

C++是一种高效的编程语言，而多线程编程则是C++编程中的关键技术之一。多线程编程可以使程序并发运行，从而提高程序的效率和响应速度。本文将介绍一些C++多线程编程实战代码，帮助读者打造高效的并发程序。

一、基本概念

在开始C++多线程编程之前，首先需要了解一些基本概念。线程是程序中一个独立的执行流，每个线程都有自己的栈空间和寄存器状态。多线程编程就是在程序中同时运行多个线程，从而实现并发执行。多线程编程中常用的类型有互斥锁、条件变量和信号量等。

二、互斥锁

互斥锁是一种用于保护共享资源的机制。在多线程编程中，如果多个线程同时访问某个共享资源，很可能会导致数据的不一致，因此需要使用互斥锁来保证同一时刻只有一个线程访问共享资源。下面是一个使用互斥锁的C++多线程编程实例代码：


#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
std::mutex mtx;
void func(int& count)
{
  for (int i = 0; i < 100000; i++)
  {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
    count++;
  }
}
int main()
{
  int count = 0;
  std::thread t1(func, std::ref(count));
  std::thread t2(func, std::ref(count));
  t1.join();
  t2.join();
  std::cout << "count: " << count << std::endl;
  return 0;
}

在上面的代码中，使用了std::mutex来创建一个互斥锁对象，然后使用std::lock_guard来保证互斥锁的正确使用。在func函数中使用了std::lock_guard来对共享资源count进行了互斥访问。当其中一个线程已经占用互斥锁时，其他线程必须等待，直到互斥锁被释放后才能继续使用。

三、条件变量

条件变量是一种线程间同步机制，可以用来进行线程间的通信。当某个条件满足时，等待条件变量的线程将被唤醒，从而可以继续执行。下面是一个使用条件变量的C++多线程编程实例代码：


#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
bool ready = false;
void func()
{
  std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
  while (!ready) cv.wait(lock);
  std::cout << "func called" << std::endl;
}
int main()
{
  std::thread t(func);
  std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
  {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
    ready = true;
  }
  cv.notify_one();
  t.join();
  return 0;
}

在上面的代码中，使用了std::condition_variable来创建一个条件变量对象，然后在func函数中使用了std::unique_lock来锁定互斥锁和条件变量。当ready为false时，调用cv.wait(lock)函数来等待条件变量被唤醒。在主线程中将ready设置为true，并调用cv.notify_one()函数来唤醒func函数中等待的线程。

四、信号量

信号量是一种经典的同步机制，用于控制并发进程对共享资源的访问。在多线程编程中，信号量可以用来实现多线程之间的同步和互斥。下面是一个使用信号量的C++多线程编程实例代码：


#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <semaphore.h>
sem_t sem;
void func()
{
  sem_wait(&sem);
  std::cout << "func called" << std::endl;
  sem_post(&sem);
}
int main()
{
  sem_init(&sem, 0, 1);
  std::thread t(func);
  t.join();
  sem_destroy(&sem);
  return 0;
}

在上面的代码中，使用了sem_init来初始化信号量，然后在func函数中使用了sem_wait和sem_post来控制共享资源的访问。当信号量的值为0时，sem_wait函数将会被阻塞，直到信号量的值大于0。当func函数退出时，调用sem_post函数来释放信号量。

五、总结

本文介绍了C++多线程编程中常用的一些实战代码，包括互斥锁、条件变量和信号量。这些机制可以帮助程序员构建高效的并发程序，提高程序的效率和响应速度。需要注意的是，在并发编程中需要小心处理共享资源的访问，避免出现数据不一致等问题。

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