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C++多线程编程技术详解

2023-07-14 14:15:30 深夜i -- --

C++ 多线程编程技术详解并发编程

C++多线程编程技术详解

随着计算机硬件的不断发展和性能的提高，多核处理器变得越来越常见。这使得并发性和多线程编程在现代软件开发中越来越重要。C++作为一种高性能、通用的编程语言，其支持多线程编程的能力也非常强大和灵活。

下面是一些关于C++多线程编程的技术说明。

1. 创建线程

C++中的多线程编程是由标准库提供的。创建新线程可通过使用std::thread类。以下代码片段演示了如何创建一个新线程，并在该线程中执行一个函数。


#include <iostream>
#include <thread>
void threadFunc() {
  std::cout << "Hello from thread!\n";
}
int main() {
  std::thread t(threadFunc);
  t.join();
  return 0;
}

在这个例子中，我们定义了一个名为threadFunc的函数，该函数在新线程中执行。我们创建了一个std::thread实例t，该实例接受一个指向threadFunc函数的指针作为参数。调用t.join()使主线程等待新线程完成执行。

2. 互斥锁

在多线程编程中，多个线程可能尝试同时访问共享资源。这可能导致数据竞争和未定义行为。为了避免这种情况，我们必须使用互斥锁来保护共享资源。C++标准库提供了多种互斥锁类型，包括std::mutex、std::recursive_mutex和std::timed_mutex。

以下代码片段演示如何使用std::mutex来保护std::cout，以便在多线程环境中安全地输出。


#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
std::mutex coutMutex;
void print(const std::string& msg) {
  coutMutex.lock();
  std::cout << msg << std::endl;
  coutMutex.unlock();
}
void threadFunc() {
  print("Hello from thread!");
}
int main() {
  std::thread t(threadFunc);
  print("Hello from main!");
  t.join();
  return 0;
}

在这个例子中，我们定义了一个名为print的函数，它封装了std::cout输出并使用互斥锁来保护输出。这确保了多个线程不会同时访问std::cout，从而避免了数据竞争。

3. 条件变量

有时，线程需要等待某些条件得到满足才能继续执行。在多线程编程中，我们可以使用条件变量来实现这一点。 C++标准库提供了std::condition_variable，它表示一个等待某个条件发生变化的线程。

以下代码片段演示了如何使用std::condition_variable来等待一个计数器从0变为1。


#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
std::mutex mutex;
std::condition_variable cv;
int counter = 0;
void threadFunc() {
  std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex);
  while (counter == 0) {
    cv.wait(lock);
  }
  std::cout << "Thread woke up!\n";
}
int main() {
  std::thread t(threadFunc);
  {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex);
    counter = 1;
  }
  cv.notify_one();
  t.join();
  return 0;
}

在这个例子中，我们定义了一个名为cv的std::condition_variable，一个名为counter的计数器。我们创建了一个新线程，并在该线程中等待条件变量。在主线程中，我们将计数器从0更改为1，并通知cv等待线程条件发生变化。这将导致等待线程从等待状态中唤醒并输出一条消息。

总结

C++多线程编程涉及许多不同的概念和技术，包括线程创建、互斥锁和条件变量。通过使用这些工具和技术，我们可以在多线程环境中设计和编写高质量的软件。

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