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C++多线程编程实例：实用案例详解

2023-07-05 00:57:36 深夜i -- --

C++ 多线程编程实例实用案例详解

C++ 多线程编程在现代计算机领域中已经得到了广泛的应用。它不仅可以充分利用多核处理器提高计算机的效率，而且还可以帮助处理一些需要并行执行的任务，提高处理速度和性能。

这里我们将详细介绍一些实用案例，帮助您更好地理解 C++ 多线程编程实现的方法和技巧。

例一：并行计算

首先，我们来看一个例子：如何用多线程计算一个数组的总和。假设我们有一个长度为 1000000 的数组 a，我们想计算该数组的总和，可以使用如下的代码：


#include <iostream>
#include <thread>
using namespace std;
const int size = 1000000;
double a[size];
void compute(int start, int end, double& result){
  double sum = 0;
  for(int i = start; i < end; ++i){
    sum += a[i];
  }
  result = sum;
}
int main(){
  for(int i = 0; i < size; ++i){
    a[i] = 1;
  }
  double sum1 = 0, sum2 = 0, sum3 = 0, sum4 = 0; //分别用来记录 4 个线程的计算结果
  thread t1(compute, 0, size/4, std::ref(sum1));
  thread t2(compute, size/4, size/2, std::ref(sum2));
  thread t3(compute, size/2, size*3/4, std::ref(sum3));
  thread t4(compute, size*3/4, size, std::ref(sum4));
  t1.join();
  t2.join();
  t3.join();
  t4.join();
  double sum = sum1 + sum2 + sum3 + sum4;
  std::cout << "Sum: " << sum << std::endl;
  return 0;
}

在这个例子中，我们首先创建了一个长度为 1000000 的数组 a，将每个元素的值初始化为 1。然后，在主函数中，我们创建了 4 个线程，每个线程分别计算数组 a 的四分之一。在每个线程中，我们使用了一个 for 循环来计算数组 a 的元素之和，并将这个结果记录到对应的变量中。

最后，我们将这 4 个线程的计算结果汇总在一起，得到整个数组 a 的总和，并将其输出到命令行中。

例二：并行读写共享内存

在多线程编程中，共享内存的读写是一个比较常见的问题。如果多个线程同时读写共享内存，那么就存在竞争条件。为了避免这种竞争，我们需要使用锁来同步线程的访问。

下面是一个简单的例子，演示了如何使用多线程读写共享内存。


#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
using namespace std;
const int size = 1000000;
int buffer[size]; //共享内存缓冲区
mutex mutex_lock; //互斥锁
void writer(){
  for(int i = 0; i < size; ++i){
    mutex_lock.lock(); //加锁
    buffer[i] = i;
    mutex_lock.unlock(); //解锁
  }
}
void reader(){
  for(int i = 0; i < size; ++i){
    mutex_lock.lock(); //加锁
    int value = buffer[i];
    mutex_lock.unlock(); //解锁
    std::cout << value << " ";
  }
  std::cout << std::endl;
}
int main(){
  thread t1(writer);
  thread t2(reader);
  t1.join();
  t2.join();
  return 0;
}

在这个例子中，我们创建了一个长度为 1000000 的整型数组 buffer。然后，我们在 writer 函数中使用 for 循环向缓冲区中写入数据。在每次写操作之前，我们使用 mutex_lock 对象进行加锁，以确保在写操作期间不会发生竞争。

与此类似，在 reader 函数中，我们使用 for 循环遍历缓冲区中的所有元素。在每次读操作之前，我们同样使用 mutex_lock 对象进行加锁，以确保在读操作期间不会发生竞争。

在主函数中，我们创建了两个线程，分别执行 writer 和 reader 函数。这样就实现了一个简单的多线程读写共享内存的例子。

总结

本文介绍了两个用 C++ 实现的多线程编程例子。第一个例子是如何利用多线程计算数组的总和，第二个例子是如何使用多线程读写共享内存。

在实际编程中，多线程编程往往会遇到复杂的问题，需要使用更加高级的技术和工具来解决。但是，掌握基本的多线程编程技巧是一个必要的前提。希望这些例子能够帮助您更好地理解多线程编程的基本方法和思路。

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