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C++中静态成员的多线程应用

2023-07-02 11:57:58 深夜i -- --

C++静态成员多线程应用线程安全共享数据线程同步

C++中，静态成员变量是所有对象共享的变量，它存储在数据段中，不需要通过对象来访问。由于静态成员变量的特性，使得它可以在多个对象之间共享状态。在多线程应用中，静态成员变量也扮演着重要角色。

在多线程应用中，很容易出现线程之间互相影响的情况。为了避免这种情况，我们需要使用锁来保护共享资源。C++中，使用互斥锁和条件变量来保护静态成员变量。

互斥锁的作用是保护一段代码在同一时间只能有一个线程进入执行。在使用静态成员变量时，我们需要在共享变量的读写操作前后使用互斥锁进行保护，以避免多个线程同时进行对该变量的读写操作。同时，互斥锁还可以确保共享内存中的数据通过原子操作进行访问和修改，保证程序的正确性和稳定性。

条件变量的作用是允许线程在某个特定条件下等待。在使用静态成员变量时，我们也可以使用条件变量来确保线程之间的同步。例如，当某个共享变量达到某个状态时，我们可以唤醒等待状态的线程，让它们接下来的处理按照期望的结果进行。

下面是一个使用互斥锁和条件变量保护静态成员变量的例子。假设有一个类A，它有一个静态成员变量m_value，我们需要多线程访问它，并对它进行加法操作。在下面的代码中，我们使用std::mutex实现互斥锁，用std::condition_variable实现条件变量。


#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
class A {
public:
  static int m_value;
  static std::mutex m_mutex;
  static std::condition_variable m_cv;
  static void add(int value) {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(m_mutex);
    m_value += value;
    m_cv.notify_all();
  }
  static void wait(int value) {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(m_mutex);
    m_cv.wait(lock, [value]() return m_value >= value; );
    std::cout << "m_value = " << m_value << std::endl;
  }
};
int A::m_value = 0;
std::mutex A::m_mutex;
std::condition_variable A::m_cv;
int main() {
  std::thread t1([]() { A::add(1); });
  std::thread t2([]() { A::add(2); });
  std::thread t3([]() { A::wait(3); });
  t1.join();
  t2.join();
  t3.join();
  return 0;
}

在这个例子中，我们使用std::unique_lock lock(m_mutex)来锁定互斥锁，防止线程之间互相干扰。在add操作中，我们通过notify_all()函数通知所有等待的线程。在wait操作中，我们使用条件变量的wait()函数来等待m_value的值达到指定的value，并进行相应的处理。

总的来说，静态成员变量在多线程应用中有很多用处。在使用静态成员变量时，我们必须注意使用互斥锁或条件变量来保证程序的正确性和稳定性。通过使用这些工具，我们可以防止线程之间的互相干扰，保证程序的正确执行。

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