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使用C++11线程实现消息传递

2023-07-07 22:55:09 深夜i -- --

C++11 线程消息传递多线程编程异步消息处理

C++11是一种流行的编程语言，它具有强大的功能和灵活的语法。其中一个重要的功能是多线程编程，它可以帮助我们更高效地利用计算机资源并实现并发操作。在本文中，我们将讨论如何使用C++11线程实现消息传递。

消息传递是一种常见的编程模式，用于在多线程环境下传递数据和指令。在一个消息传递系统中，不同的线程可以将消息传递给其他线程，以便协同工作。在C++11中，我们可以使用线程库中的多个组件来实现消息传递。

C++11线程库包含了一些重要的类和函数，例如std::thread、std::mutex和std::condition_variable。我们可以使用这些组件来编写一个简单的消息传递系统。

首先，我们定义一个消息类，它可以保存任何类型的数据，并且有一个用于获取消息数据的方法，例如：


template<typename T>
class Message {
public:
  Message(T data) : mData(data) {}
  T getData() const return mData;
private:
  T mData;
};

接下来，我们定义一个消息队列类，它可以管理消息的发送和接收。我们可以使用std::deque容器实现这个队列。


template<typename T>
class MessageQueue {
public:
  void push(const T& data) {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mMutex);
    mQueue.push_back(data);
    mCondition.notify_one();
  }
  T pop() {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mMutex);
    while (mQueue.empty()) {
      mCondition.wait(lock);
    }
    T data = mQueue.front();
    mQueue.pop_front();
    return data;
  }
private:
  std::mutex mMutex;
  std::condition_variable mCondition;
  std::deque<T> mQueue;
};

在这个消息队列类中，我们使用std::mutex来同步访问共享资源，使用std::condition_variable来协调线程间的通信。在push方法中，我们将消息添加到队列末尾，并通知等待的线程；在pop方法中，我们等待队列非空，然后从队列头部取出消息并返回。

现在，我们可以创建多个线程，让它们之间传递消息。例如，我们可以创建3个线程，分别生成、处理和消费消息：


template<typename T>
void produce(MessageQueue<T>& queue) {
  for (int i = 0; i < 10; i++) {
    Message<T> message(i);
    queue.push(message);
  }
}
template<typename T>
void consume(MessageQueue<T>& queue) {
  for (int i = 0; i < 10; i++) {
    Message<T> message = queue.pop();
    std::cout << "Received: " << message.getData() << std::endl;
  }
}
template<typename T>
void process(MessageQueue<T>& inputQueue, MessageQueue<T>& outputQueue) {
  for (int i = 0; i < 10; i++) {
    Message<T> inputMessage = inputQueue.pop();
    T data = inputMessage.getData() + 1;
    Message<T> outputMessage(data);
    outputQueue.push(outputMessage);
  }
}
int main() {
  MessageQueue<int> queue1, queue2;
  std::thread producer(produce<int>, std::ref(queue1));
  std::thread processor(process<int>, std::ref(queue1), std::ref(queue2));
  std::thread consumer(consume<int>, std::ref(queue2));
  producer.join();
  processor.join();
  consumer.join();
  return 0;
}

在这个例子中，我们首先创建了一个整数类型的消息队列queue1和queue2。然后，我们创建了3个线程producer、processor和consumer，它们分别用于生产、处理和消费消息。在producer线程中，我们往queue1中发送了10个消息；在processor线程中，我们从queue1中接收消息，把接收到的消息加1后再发送到queue2中；在consumer线程中，我们从queue2中接收消息并输出。

最后，我们使用std::thread类中的join函数等待所有线程结束，并返回0表示程序正常退出。

总之，C++11线程库提供了丰富的多线程编程工具，它可以帮助我们实现高效的消息传递系统。在编写多线程程序时，我们应该充分利用这些工具，以确保程序的正确性和性能。

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