C++：C++多线程编程

### C++ 多线程编程知识点详解 #### 一、线程的概念与重要性 - **线程定义**：在C++中，线程是指程序中的一个执行单元，它是操作系统调度的基本单位。一个进程可以拥有多个线程，这些线程共享相同的内存空间和其他资源。 - **线程的优势**： - **提升性能**：通过多线程编程可以充分利用多核处理器的能力，提高程序的执行效率。 - **提高响应性**：在GUI应用中，可以将耗时的任务分配给后台线程执行，使用户界面保持活跃状态。 - **简化并发编程**：C++11及后续版本引入了一系列标准库支持，简化了多线程编程的过程。 #### 二、`std::thread` 类的使用 - **基本用法**：`std::thread` 是C++标准库中用于创建和管理线程的类。 - **创建线程**：通过 `std::thread` 构造函数创建一个新的线程，需要传递一个可调用对象（函数、成员函数指针、lambda 表达式等）作为参数。 - **示例代码**： ```cpp #include <iostream> #include <thread> void threadFunction() { std::cout << "线程函数正在执行..." << std::endl; } int main() { std::thread t(threadFunction); // 创建线程 t.join(); // 等待线程结束 std::cout << "主线程继续执行..." << std::endl; return 0; } ``` - **注意事项**：必须确保主线程等待所有子线程执行完毕后退出，否则可能会导致子线程被异常终止。 #### 三、线程的创建与销毁 - **创建线程**： - 使用 `std::thread` 的构造函数创建新线程，并传入函数或函数对象。 - **销毁线程**： - **`join()` 方法**：等待线程执行完毕后继续执行主线程。 - **`detach()` 方法**：使线程脱离当前线程组，主线程不再等待该线程的结束。 - **析构函数**：当 `std::thread` 对象的生命周期结束时，如果线程还在运行，则会自动调用 `join()` 或 `detach()`。 - **示例代码**： ```cpp #include <iostream> #include <thread> void threadFunction() { std::cout << "线程正在执行..." << std::endl; } int main() { std::thread t(threadFunction); // 创建线程 t.join(); // 选项1：等待线程结束 // t.detach(); // 选项2：分离线程 // std::thread t2(threadFunction);// 选项3：在析构函数中等待线程结束 // t2.~thread(); // 显式调用析构函数 std::cout << "主线程继续执行..." << std::endl; return 0; } ``` #### 四、线程的同步与互斥 - **线程同步与互斥的重要性**：在多线程环境中，多个线程可能同时访问共享资源，这可能导致数据不一致性和竞态条件。因此，需要通过适当的同步机制来保证线程安全。 - **常用同步机制**： - **`std::mutex`**：互斥锁，用于保护对共享资源的访问。 - **`std::lock_guard`**：RAII风格的类，可以在作用域内自动锁定和解锁互斥锁，确保线程安全。 - **`std::condition_variable`**：用于线程间的通信，可以实现线程之间的等待和通知操作。 - **示例代码**： - **使用 `std::mutex` 和 `std::lock_guard` 保护共享变量**： ```cpp #include <iostream> #include <thread> #include <mutex> std::mutex mtx; // 创建互斥锁 int sharedVar = 0; void threadFunction() { std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx); // 自动锁定和解锁 sharedVar++; std::cout << "线程修改了共享变量，现在值为：" << sharedVar << std::endl; } int main() { std::thread t1(threadFunction); std::thread t2(threadFunction); t1.join(); t2.join(); std::cout << "最终共享变量的值为：" << sharedVar << std::endl; return 0; } ``` - **使用 `std::condition_variable` 进行线程间通信**： ```cpp #include <iostream> #include <thread> #include <mutex> #include <condition_variable> std::mutex mtx; std::condition_variable cv; bool dataReady = false; void producer() { std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx); // 生产数据... dataReady = true; cv.notify_one(); // 通知消费者 } void consumer() { std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx); cv.wait(lock, [] { return dataReady; }); // 等待数据准备就绪 // 消费数据... dataReady = false; } int main() { std::thread prod(producer); std::thread cons(consumer); prod.join(); cons.join(); return 0; } ``` 以上是对C++多线程编程中的一些基本概念、标准库支持以及常见同步机制的详细介绍。掌握这些内容对于进行高效的并发编程至关重要。