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C++11多线程编程入门指南

2023-06-22 13:12:28 深夜i -- --

C++11 多线程编程入门指南

C++11是一种新的编程语言，它的多线程编程功能使得它成为了许多开发者的首选语言之一。本篇文章将综合介绍C++11多线程编程的入门指南，希望能够协助学习者快速掌握这一编程技术。

1. 多线程基本概念

多线程是指在同一进程内，同时运行多个线程，每个线程都可以独立地完成不同的任务。多线程编程是将一件任务分解成多个较小的、可并行的子任务，然后让多个线程同时执行这些子任务，最后将子任务的结果组合起来得到整个任务的结果。

2. C++11多线程库

C++11标准库提供了一个多线程库，使得开发者能够方便地实现多线程编程。该库包括以下几个类：

- std::thread：表示一个线程；

- std::mutex：表示一个互斥锁；

- std::condition_variable：表示一个条件变量；

- std::future和std::promise：表示异步操作的结果。

3. 创建线程

使用std::thread类可以很容易地创建新的线程。例如，下面的代码创建了一个新的线程：


#include <iostream>
#include <thread>
void function()
  std::cout << "Hello
int main() {
  std::thread t(function); // 创建一个新线程
  t.join(); // 等待线程执行完毕
  return 0;
}

在上面的代码中，std::thread类的构造函数接受一个函数指针作为参数，表示要在新线程中执行的函数。t.join()调用会使主线程等待新线程执行完毕，然后再继续执行。

4. 线程间同步

在多线程编程中，由于多个线程可以同时访问同一段代码，就可能出现数据竞争问题，即多个线程同时修改同一份数据，导致数据结果不确定性。为了避免这种情况发生，需要使用互斥锁对代码块进行保护，以保证同一时间只有一个线程可以执行该代码块。例如：


#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
std::mutex mtx;
void function() {
  mtx.lock(); // 加锁
  std::cout << "Hello, world!" << std::endl;
  mtx.unlock(); // 解锁
}
int main() {
  std::thread t(function); // 创建一个新线程
  t.join(); // 等待线程执行完毕
  return 0;
}

在上面的代码中，使用std::mutex类创建了一个互斥锁mtx，函数中使用mtx.lock()和mtx.unlock()对代码块进行保护。

5. 条件变量

条件变量是用于线程间通信的一种机制。它用于等待一个特定条件满足后，再进行下一步操作。要使用条件变量，需要配合互斥锁进行使用。例如：


#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
bool ready = false;
void function1() {
  std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
  while (!ready) { // 等待条件满足
    cv.wait(lock);
  }
  // 其他操作
}
void function2() {
  std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
  // 其他操作
  ready = true;
  cv.notify_one(); // 通知条件已经满足
}
int main() {
  std::thread t1(function1);
  std::thread t2(function2);
  t1.join();
  t2.join();
  return 0;
}

在上面的代码中，使用std::condition_variable对条件ready进行等待和通知。

6. 异步操作

异步操作是指一个操作在另一个线程中进行，而当前线程可以继续执行其他操作，等待异步操作执行完毕后再获取其结果。可以使用std::future和std::promise实现异步操作。例如：


#include <iostream>
#include <future>
int add(int a, int b) {
  return a + b;
}
int main() {
  std::promise<int> promise;
  std::future<int> future = promise.get_future();
  std::thread t([&promise]() {
    int result = add(1, 2);
    promise.set_value(result);
  });
  std::cout << future.get() << std::endl;
  t.join();
  return 0;
}

在上面的代码中，使用std::promise创建一个“承诺”，表示异步操作的结果将会在未来某个时候返回，并使用std::future来获取异步操作的返回值。在创建新线程时，将std::promise作为参数传递到线程函数中，在函数中执行异步操作并使用promise.set_value()返回结果。

总结

C++11多线程编程是一种非常强大的技术，可以提高程序的性能和稳定性。本篇文章简要介绍了多线程编程的基本概念、C++11多线程库、线程间同步、条件变量和异步操作的内容。希望这个入门指南能够帮助读者迅速掌握并应用于实际开发中。

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