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C++ 多线程（Thread）

2023-06-22 06:10:36 深夜i -- --

并行计算互斥锁线程池线程同步线程安全

C++ 多线程（Thread）是一种强大的编程技术，可以使程序同时执行多个任务。它可以提高程序的并发性和性能，并且可以有效地利用多核处理器。

在 C++ 中，线程被定义为独立的执行上下文。这就意味着每个线程都有自己的代码、栈、寄存器和程序计数器。除此之外，线程间还可以共享内存和其他资源。

C++ 提供了多种方法来创建和管理线程。一种常用的方法是使用 std::thread 类。该类提供了一个构造函数，用于创建新的线程并将其与一个可调用对象关联。例如，以下代码创建了一个新的线程，并将其与一个名为 myFunction 的函数关联：


void myFunction()
  // 执行一些任务
int main() {
  std::thread myThread(myFunction);
  myThread.join();
  return 0;
}

在上面的代码中，myThread 对象表示一个新线程。该线程将在 myFunction 函数中执行。join() 方法表示当前线程需要等待新线程执行完毕，然后才能继续执行。

线程间通信也是多线程编程的重要概念。在 C++ 中，我们可以使用条件变量、互斥锁和原子变量等工具来实现线程间的同步和通信。例如，以下代码展示了一个简单的生产者-消费者模型：


const int BUFFER_SIZE = 10;
int buffer[BUFFER_SIZE];
std::mutex mutex;
std::condition_variable cv_full;
std::condition_variable cv_empty;
int in = 0, out = 0;
void producer() {
  for (int i = 0; i < 100; i++) {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex);
    cv_full.wait(lock, [] { return (in + 1) % BUFFER_SIZE != out; });
    buffer[in] = i;
    in = (in + 1) % BUFFER_SIZE;
    cv_empty.notify_one();
    lock.unlock();
  }
}
void consumer() {
  for (int i = 0; i < 100; i++) {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex);
    cv_empty.wait(lock, [] return in != out; );
    int value = buffer[out];
    out = (out + 1) % BUFFER_SIZE;
    cv_full.notify_one();
    lock.unlock();
    // 处理数据
  }
}
int main() {
  std::thread producerThread(producer);
  std::thread consumerThread(consumer);
  producerThread.join();
  consumerThread.join();
  return 0;
}

在上面的代码中，producer 函数向 buffer 数组中不断添加元素，而 consumer 函数不断从 buffer 数组中读取元素并处理。cv_full 和 cv_empty 变量分别表示 buffer 数组是否已满和是否为空，当它们满足一定条件时，生产者和消费者线程才可以进行相应的操作。

虽然多线程编程能够提高程序的性能和并发性，但是也存在一些问题。例如，多线程编程可能会增加程序的复杂度和难度，并可能导致一些不易发现的竞态条件和死锁等问题。因此，在使用多线程编程时，程序员需要仔细地考虑线程安全和锁的使用，并进行充分的测试和调试。

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