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C++多线程实战：从入门到精通

2023-07-13 09:42:50 深夜i -- --

C++ 多线程实战入门精通

C++是一门广泛使用的编程语言，拥有不少优秀的多线程库，能为程序员提供强大的处理任务的支持。本文将介绍C++多线程的基础和高级用法，帮助读者从入门到精通这项技术。

基础多线程

在C++中，使用多线程需要包含头文件。首先介绍基本的使用方法。先创建一个线程对象，然后让这个对象执行一个函数或者一个可调用的对象。下面是一个简单的例子：


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

这个程序创建一个线程对象t并让它执行函数printHello。由于printHello函数无参数无返回值，因此可以直接传给线程对象。

注意在main函数推出之前使用join方法等待线程结束。如果不这样做，程序将在t对象析构时调用的std::terminate()抛出未处理异常并崩溃。

线程对象也可以执行带参数或者返回值的函数。下面的例子演示了如何传递参数和接收返回值：


#include <iostream>
#include <thread>
void add(int a, int b, int& result)
{
  result = a + b;
}
int main()
{
  int result;
  std::thread t(add, 10, 20, std::ref(result));
  t.join();
  std::cout << "The result is: " << result << std::endl;
  return 0;
}

这个程序创建了一个线程对象t，并将参数10和20传递给add函数执行。线程执行完毕后，将结果通过引用的方式传递给参数result，并在主线程输出。

高级多线程

C++还提供了更高级的多线程支持。下面介绍一些常用的高级技巧。

1. 互斥量（mutex）

当多个线程同时操作共享资源时，需要保证这些操作的原子性。如果没有这样的保证，将出现数据不一致或者程序崩溃的风险。

互斥量（mutex）是一种保证共享资源同步访问的工具。简单来说，就是一个锁，只有一个线程能够持有它，并访问共享资源。下面是一个使用互斥量的例子：


#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
int counter = 0;
std::mutex mtx;
void increaseCounter()
{
  for (int i = 0; i < 10000; ++i)
  {
    mtx.lock();
    ++counter;
    mtx.unlock();
  }
}
int main()
{
  std::thread t1(increaseCounter);
  std::thread t2(increaseCounter);
  t1.join();
  t2.join();
  std::cout << "The counter is: " << counter << std::endl;
  return 0;
}

这个程序使用互斥量实现了共享资源counter的同步访问。注意，mutex 的 lock 和 unlock 方法通过 RAII 方式保证了互斥量被正确释放。

2. 条件变量（condition variable）

条件变量是另一种线程同步机制。与互斥量搭配使用，可以实现的机制包括：

- 等待某个条件的发生

- 在某个条件发生时通知一个/多个等待线程

下面是一个等待线程的例子：


#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
bool isDataReady = false;
std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
void processData()
{
  // 模拟数据处理
  std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1000));
  std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
  isDataReady = true;
  cv.notify_one();
}
int main()
{
  std::cout << "Waiting for data..." << std::endl;
  std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
  cv.wait(lock, [] return isDataReady; );
  std::cout << "Data is ready!" << std::endl;
  return 0;
}

这个程序使用条件变量实现了等待某个条件发生。其中，wait方法被解释为“线程阻塞等待”，直到条件isDataReady为true，并发出唤醒当前正在等待的线程。

总结

本文介绍了C++多线程的基本和高级用法，包括创建线程、传递参数、互斥量和条件变量等内容。对于需要处理高并发情况的程序员来说，熟练运用多线程是必备的技能之一。同时，多线程应用需要注意线程安全和避免死锁等问题，需要谨慎设计和编码。

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