C++多线程编程思想：从基础概念到高级应用 |21xrx.com

C++多线程编程思想：从基础概念到高级应用

2023-07-01 05:36:44 深夜i -- --

C++ 多线程编程基础概念高级应用思想

return this->stop || !this->tasks.empty();

随着计算机硬件的不断更新换代，每个CPU核心的计算能力不断提升，而且现代计算机通常都具备拥有多个CPU核心，这些核心能够并行处理各自的任务，从而提高计算机的整体性能。为了充分利用这些硬件资源，我们需要使用多线程编程技术。

C ++是一门经典的编程语言，也是多线程编程的重要工具。C ++的多线程编程涉及许多概念和技术，从基础的线程创建和同步到高级的线程池和异步编程，这里将介绍C ++多线程编程思想的基础概念和高级应用。

1.基础概念

线程是进程的一个执行流程，拥有独立的程序计数器、堆栈和局部变量，但共享进程的资源，如全局变量和内存。线程可以在同一个程序中并行运行，从而提高程序的性能。

C++的多线程编程需要使用标准库的头文件。它提供了一些类和函数，用于创建、控制和管理线程。在C++中，创建线程最常见的方法是使用线程函数或Lambda表达式。

线程函数是一个普通的C++函数，它被执行在独立的线程中。要创建一个线程，可以通过std::thread类实例化一个对象，该对象的构造函数需要接收一个函数指针作为参数，该函数指针指向线程函数。例如：


void threadFunc()
{
  cout << "Hello from thread!\n";
}
int main()
{
  std::thread t(threadFunc);
  t.join();
  return 0;
}

这里，我们定义了一个名为threadFunc的函数，负责在线程中输出一条信息。然后，我们使用std::thread类的构造函数创建一个名为t的线程对象，并将threadFunc函数作为参数传递给它。最后，我们使用t.join()等待线程结束。

在C ++中，还可以使用Lambda表达式创建线程。Lambda表达式是一个匿名函数对象，它可以在运行时创建，而无需使用函数名。示例代码如下：


int main()
{
  std::thread t([](){
    cout << "Hello from thread!\n";
  });
  t.join();
  return 0;
}

这里，我们定义了一个Lambda表达式，它与线程函数的作用相同。创建线程时，我们将Lambda表达式作为参数传递给std::thread的构造函数。

2.线程同步和互斥

在多线程编程中，线程同步和互斥是极为重要的概念。当多个线程同时访问共享资源时，往往会导致数据竞争和不可测结果，因此我们需要使用同步和互斥机制来避免这种情况。

C++提供了一个名为std::mutex的类，用于在多个线程之间实现互斥锁。mutex对象提供了两个基本的操作：lock()和unlock()。lock()函数可以占用互斥锁，以保护共享资源。例如：


std::mutex mtx;
void threadFunc()
{
  mtx.lock();
  cout << "Hello from thread!\n";
  mtx.unlock();
}
int main()
{
  std::thread t(threadFunc);
  mtx.lock();
  cout << "Hello from main thread!\n";
  mtx.unlock();
  t.join();
  return 0;
}

在这个例子中，我们定义了一个mutex对象，负责保护共享资源。线程函数threadFunc会先占用该互斥锁，然后输出一条信息。在主线程中，我们也占用了该锁并输出一条信息。由于该锁是互斥的，因此只会有一个线程能够占用它。最后，我们等待线程结束并释放互斥锁。

3.高级应用

线程池是一种高级的多线程编程技术，它用于以一定数量的线程来处理一个队列中的任务。线程池可以提高程序的运行效率，因为线程池中的线程可以在处理一个任务时，同时等待下一个任务，从而避免了创建和销毁线程的开销。

C++中线程池的实现需要使用和头文件。下面是一个简单的示例代码：


class ThreadPool
{
public:
  ThreadPool(const int numThreads) : stop(false)
  {
    for (int i = 0; i < numThreads; ++i)
      workers.emplace_back([this] {
        for (;;) {
          std::function<void()> task;
          {
            std::unique_lock<std::mutex> lock(this->queue_mutex);
            this->cond.wait(lock, [this] { return this->stop || !this->tasks.empty(); });
            if (this->stop && this->tasks.empty()) return;
            task = std::move(this->tasks.front());
            this->tasks.pop();
          }
          task();
        }
      });
  }
  template<class Functor>
  void enqueue(Functor f)
  {
    {
      std::unique_lock<std::mutex> lock(queue_mutex);
      tasks.emplace(std::function<void()>(f));
    }
    cond.notify_one();
  }
  ~ThreadPool()
  {
    {
      std::unique_lock<std::mutex> lock(queue_mutex);
      stop = true;
    }
    cond.notify_all();
    for (std::thread &worker : workers)
      worker.join();
  }
private:
  std::vector<std::thread> workers;
  std::queue<std::function<void()>> tasks;
  std::mutex queue_mutex;
  std::condition_variable cond;
  bool stop;
};

这里，我们定义了一个名为ThreadPool的类，用于实现线程池。构造函数创建一定数量的线程，其中每个线程都会调用lambda表达式处理任务队列。enqueue函数将一个任务放入队列中。析构函数会销毁线程并等待它们结束。

4.总结

C++的多线程编程是一个非常有趣和复杂的主题。与其他编程语言相比，C ++具有更大的灵活性和可控性，因此在编写高性能甚至高并发的应用程序时，C ++往往是首选。无论是基础概念还是高级应用，掌握C++多线程编程思想都是一项必不可少的技能。

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