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C++多线程编程实例

2023-07-05 04:35:58 深夜i -- --

C++ 多线程编程实例并发编程线程同步

随着计算机技术的不断发展，多线程编程越来越重要。作为一种高效的编程模式，多线程编程能够提升程序的并发性，从而提高程序的性能和响应能力。而C++作为一种高性能的编程语言，也提供了多线程编程的支持。接下来，我们将介绍C++多线程编程的实例。

1. 创建线程

首先，我们需要了解如何创建一个线程。在C++中，我们可以使用std::thread来创建新线程。下面是一个简单的示例代码：


#include <iostream>
#include <thread>
void say_hello()
world!" << std::endl;
int main()
{
  std::thread t(say_hello);
  t.join();
  return 0;
}

在这个示例中，我们定义了一个函数say_hello，它会输出一句话。然后我们使用std::thread来创建一个新线程t，并将say_hello函数作为参数传递给了它。最后，我们调用了t.join()，等待线程t执行完毕。

2. 互斥锁

在多线程编程中，很容易出现资源竞争的问题。为了避免这种问题，我们需要使用互斥锁来保护共享资源。在C++中，我们可以使用std::mutex来实现互斥锁。下面是一个简单的示例代码：


#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
std::mutex g_mutex;
void increment_counter(int& counter)
{
  std::lock_guard<std::mutex> lock(g_mutex);
  counter++;
}
int main()
{
  int counter = 0;
  std::thread t1(increment_counter, std::ref(counter));
  std::thread t2(increment_counter, std::ref(counter));
  t1.join();
  t2.join();
  std::cout << "Counter value: " << counter << std::endl;
  return 0;
}

在这个示例中，我们定义了一个计数器counter，并定义了一个函数increment_counter来对它进行递增操作。在increment_counter函数中，我们使用std::lock_guard 来创建了一个互斥锁lock，对counter进行了互斥保护。然后我们使用std::ref(counter)将counter作为参数传递给了t1和t2线程。最后，我们调用了t1.join()和t2.join()等待这两个线程执行完毕，并输出了counter的值。

3. 条件变量

除了互斥锁，条件变量也是多线程编程中常用的一种技术。条件变量可以让线程在等待某个条件满足时进入睡眠状态，并在条件满足时被唤醒。在C++中，我们可以使用std::condition_variable来实现条件变量。下面是一个简单的示例代码：


#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
std::mutex g_mutex;
std::condition_variable g_cv;
bool g_flag = false;
void producer()
{
  std::unique_lock<std::mutex> lock(g_mutex);
  // 等待消费者消费
  while (g_flag)
  {
    g_cv.wait(lock);
  }
  // 生产数据
  std::cout << "Producing data..." << std::endl;
  // 通知消费者可以消费了
  g_flag = true;
  g_cv.notify_all();
}
void consumer()
{
  std::unique_lock<std::mutex> lock(g_mutex);
  // 等待生产者生产
  while (!g_flag)
  {
    g_cv.wait(lock);
  }
  // 消费数据
  std::cout << "Consuming data..." << std::endl;
  // 通知生产者可以生产了
  g_flag = false;
  g_cv.notify_all();
}
int main()
{
  std::thread t1(producer);
  std::thread t2(consumer);
  t1.join();
  t2.join();
  return 0;
}

在这个示例中，我们定义了一个生产者线程和一个消费者线程。生产者线程负责生产数据，消费者线程负责消费数据。为了保证线程之间的同步，我们使用了一个互斥锁g_mutex和一个条件变量g_cv。在producer函数中，如果消费者已经消费了数据，那么生产者线程将会进入睡眠状态，并等待g_cv被唤醒。当消费者消费完数据后，它会通知生产者可以生产数据了，然后生产者线程继续执行。在consumer函数中，如果生产者还没有生产数据，那么消费者线程将会进入睡眠状态，并等待g_cv被唤醒。当生产者生产数据后，它会通知消费者可以消费数据了，然后消费者线程继续执行。

总之，C++多线程编程是一种很有用的编程技术，它可以实现程序的并发性，从而提高程序的性能和响应能力。除了上述案例之外，C++还提供了许多其他的多线程编程技术，如原子操作、线程池等。只要我们理解了多线程编程的基本原理，就可以运用这些技术来编写高效、可靠的多线程程序。

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