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C++多线程的实现方法

2023-07-04 22:29:44 深夜i -- --

C++ 多线程实现方法

C++是一种广泛使用的编程语言，它拥有良好的多线程支持，可以让程序在不同的线程中同时执行多个任务，从而提高程序的性能和响应速度。如果您想掌握C++多线程的实现方法，下面是一些需要了解的基本概念和技术。

1. 线程和进程

线程是指程序中一个可独立执行的指令序列，它可以和其他线程共享进程的资源。一个进程可以包含多个线程，每个线程都有自己的线程栈、寄存器、程序计数器和其他相关数据。进程是指操作系统中一个正在运行的程序，它拥有自己的内存空间、文件句柄、进程标识符等系统资源。

2. 创建和启动线程

在C++标准库中，可以使用` `头文件来创建和启动线程。下面是一个简单的例子，它创建了两个线程，并在每个线程中执行不同的功能。


#include <iostream>
#include <thread>
using namespace std;
void threadFunction1() {
  for(int i=0; i<5; i++)
    cout << "Thread 1 executing..." << endl;
  
}
void threadFunction2(int n) {
  for(int i=0; i<n; i++)
    cout << "Thread 2 executing..." << endl;
  
}
int main() {
  thread t1(threadFunction1);
  thread t2(threadFunction2, 3);
  t1.join();
  t2.join();
  cout << "All threads completed." << endl;
  return 0;
}

在上面的例子中，`threadFunction1()`和`threadFunction2(int n)`是两个线程执行的函数。`thread t1(threadFunction1)`创建一个线程t1，并在其中执行函数`threadFunction1()`。`thread t2(threadFunction2, 3)`创建另一个线程t2，并在其中执行函数`threadFunction2(3)`，参数3指定了该线程执行的次数。

注意在最后必须要等待所有线程执行完毕，这里使用了`join()`函数来等待线程执行完成。如果不调用`join()`，则程序会直接结束，可能导致线程无法正常执行。

3. 互斥锁

多个线程共享进程的资源时，可能会引发数据竞争问题。为了避免这种问题，需要使用互斥锁来控制对共享资源的访问。互斥锁是一种同步机制，它可以保证在同一时间只有一个线程能够访问共享资源。下面是一个使用互斥锁的例子。


#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
using namespace std;
int counter = 0;
mutex mtx;
void incrementCounter() {
  for(int i=0; i<1000; i++) {
    mtx.lock();
    counter++;
    mtx.unlock();
  }
}
int main() {
  thread t1(incrementCounter);
  thread t2(incrementCounter);
  t1.join();
  t2.join();
  cout << "Counter value: " << counter << endl;
  return 0;
}

在上面的例子中，`counter`是一个共享资源，可以被多个线程同时访问。 `mtx`是一个互斥锁，用于控制对`counter`的访问。在`incrementCounter()`函数中，线程首先通过调用`mtx.lock()`来获取互斥锁，然后递增`counter`的值，最后通过调用`mtx.unlock()`来释放互斥锁。

4. 条件变量

条件变量是一种同步机制，它可以使一个或多个线程等待一个特定的条件，直到某个线程通知这个条件已经成立。条件变量常用于线程之间的通信和协作。下面是一个使用条件变量的例子。


#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
using namespace std;
int counter = 0;
mutex mtx;
condition_variable cv;
void incrementCounter() {
  for(int i=0; i<100; i++) {
    mtx.lock();
    counter++;
    if(counter == 50) {
      cv.notify_one();
    }
    mtx.unlock();
  }
}
int main() {
  thread t1(incrementCounter);
  unique_lock<mutex> lck(mtx);
  cv.wait(lck, []{return counter == 50;});
  lck.unlock();
  cout << "Counter value: " << counter << endl;
  t1.join();
  return 0;
}

在上面的例子中，`incrementCounter()`函数执行时会递增`counter`的值。当`counter`达到50时，会调用`cv.notify_one()`来通知一个等待条件变量的线程。在`main()`函数中，首先创建线程`t1`并启动，然后通过`unique_lock lck(mtx)`来获取互斥锁，并等待条件变量`cv`的成立。在等待期间，线程将释放互斥锁。`cv.wait(lck, []{return counter == 50;})`会不停地检查`counter`的值是否为50，直到满足条件为止。当条件成立时，线程获取互斥锁并输出`counter`的值。然后，等待线程`t1`执行完毕，最后结束程序。

总之，C++多线程编程需要掌握线程创建和启动、互斥锁和条件变量等技术，能够避免数据竞争问题，实现线程间的同步和通信，提高程序的执行效率。

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