并发编程：使用C++11的线程库实现高效多线程程序

小蓝 • 2025-01-02 12:01 • 编程

一、C++11线程库简介

C++11线程库是C++11标准中新增的库，它提供了创建和控制执行线程的功能，这使得在C++中编写多线程程序更加方便和容易。C++11线程库包含了一些重要的类：

std::thread：用于创建线程。
std::mutex：用于保护共享数据的互斥锁。
std::condition_variable：用于线程间的通信，实现等待和通知机制。

使用这些类可以实现多个线程的同步和协作。

二、使用std::thread创建线程

使用std::thread创建线程的步骤如下：

定义一个函数，这个函数将作为子线程的入口点。
创建std::thread对象，指定子线程的入口点函数。
在主线程中调用std::thread的join()函数等待子线程执行完毕。

#include 
#include 

// 子线程入口点函数
void thread_func() {
    std::cout << "子线程开始执行" << std::endl;
    // TODO: 子线程具体执行的任务
    std::cout << "子线程执行完毕" << std::endl;
}

int main() {
    std::cout << "主线程开始执行" << std::endl;
    std::thread t(thread_func); // 创建子线程，指定入口点函数
    t.join(); // 等待子线程执行完毕
    std::cout << "主线程执行完毕" << std::endl;
    return 0;
}

三、使用std::mutex实现互斥锁

当多个线程访问共享数据时，需要确保每个线程在访问共享数据时不会相互干扰，防止数据不一致的情况发生。这时就需要使用互斥锁来防止多个线程同时访问共享数据。

使用std::mutex实现互斥锁的步骤如下：

定义std::mutex对象。
使用std::lock_guard保护共享数据。
确保每个线程都使用std::lock_guard来保护共享数据。

#include 
#include 
#include 

std::mutex g_mutex;

// 子线程入口点函数
void thread_func() {
    std::cout << "子线程开始执行" << std::endl;
    // 使用std::lock_guard保护共享数据
    std::lock_guard guard(g_mutex);
    // TODO: 子线程访问共享数据
    std::cout << "子线程执行完毕" << std::endl;
}

int main() {
    std::cout << "主线程开始执行" << std::endl;
    // 使用std::lock_guard保护共享数据
    std::lock_guard guard(g_mutex);
    std::thread t(thread_func); // 创建子线程，指定入口点函数
    t.join(); // 等待子线程执行完毕
    std::cout << "主线程执行完毕" << std::endl;
    return 0;
}

四、使用std::condition_variable实现线程间通信

在多线程程序中，有时需要线程间进行通信，以实现协作。std::condition_variable可以用于实现线程间的等待和通知机制。

使用std::condition_variable的步骤如下：

定义一个std::condition_variable对象。
在等待条件成立时，调用std::condition_variable的wait()函数进入等待状态。
在条件成立时，调用std::condition_variable的notify_one()或notify_all()函数通知等待的线程。

#include 
#include 
#include 
#include 

std::mutex g_mutex;
std::condition_variable g_cv;
bool g_flag = false;

// 子线程入口点函数
void thread_func() {
    std::cout << "子线程开始执行" << std::endl;
    std::unique_lock lock(g_mutex);
    // 等待条件成立
    while (!g_flag) {
        std::cout << "等待条件成立" << std::endl;
        g_cv.wait(lock); // 进入等待状态
    }
    // TODO: 子线程具体执行的任务
    std::cout << "子线程执行完毕" << std::endl;
}

int main() {
    std::cout << "主线程开始执行" << std::endl;
    std::thread t(thread_func); // 创建子线程，指定入口点函数
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(3)); // 暂停3秒钟
    // 在条件成立时，通知等待的线程
    {
        std::lock_guard guard(g_mutex);
        g_flag = true;
        std::cout << "条件成立，通知等待的线程" << std::endl;
    }
    g_cv.notify_one();
    t.join(); // 等待子线程执行完毕
    std::cout << "主线程执行完毕" << std::endl;
    return 0;
}

五、总结

本文介绍了使用C++11线程库编写高效多线程程序的一些方法，包括使用std::thread创建线程，使用std::mutex实现互斥锁，使用std::condition_variable实现线程间通信等。

在进行多线程编程时，需要注意线程间的同步和协作，保证程序的正确性和高效性。

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