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第一章基础概念

news 来源：原创 2025/6/21 16:54:50

1.1 线程与进程基础
在C++中，线程和进程是实现并发执行的基本单位。理解它们之间的区别
和如何使用它们是并发编程的基础。
1.1.1 进程
进程是程序的一次执行过程，每个进程都有独立的内存空间。这意味着进
程间的通信需要通过操作系统提供的机制，如管道、套接字等。
进程间通信方式：
参考链接：进程间通信的6种方式
1.1.2 线程
线程是进程内的一个执行单元，多个线程共享同一进程的内存空间。这使
得线程间的通信比进程间通信更高效，但也增加了数据一致性的复杂性。
线程间的通信方式：线程间通信方式
1.1.3 示例：创建线程

#include <iostream>
#include <thread>
// 线程函数
void threadFunction()
{
	std::cout << "线程函数正在执行..." << std::endl;
}
int main()
{
	// 创建线程
	std::thread t(threadFunction);
	// 等待线程结束
	t.join();
	std::cout << "主线程继续执行..." << std::endl;
	return 0;
}

此示例展示了如何在C++中创建一个线程并执行一个函数。std::thread 类用
于创建线程，t.join()用于等待线程结束。

1.2 C++11 线程库介绍
C++11 标准引入了库，提供了线程支持，使得C++程序员可以更方
便地进行并发编程。库包括std::thread 类，用于创建和管理线程，以
及线程同步的工具，如std::mutex 和std::condition_variable。
1.2.1 std::thread 类
std::thread 类是C++11 线程库的核心，它提供了创建、启动、加入和分离
线程的方法。
1.2.2 std::mutex 和std::condition_variable
std::mutex 用于保护共享资源，防止多个线程同时访问。
std::condition_variable 用于线程间的同步，可以实现线程的等待和唤醒。
1.2.3 示例：使用std::mutex 保护共享资源

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
std::mutex mtx; // 创建互斥锁
int sharedData = 0;
void incrementSharedData()
{
	std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx); // 自动加锁和解锁
	for(int i = 0; i < 100000; ++i)
	{
	++sharedData;
	}
}

int main()
{
	std::thread t1(incrementSharedData);
	std::thread t2(incrementSharedData);
	t1.join();
	t2.join();
	std::cout << "共享数据的值: " << sharedData << std::endl;
	return 0;
}

在这个示例中，两个线程t1 和t2 同时尝试增加sharedData 的值。使用
std::mutex 可以确保在任何时候只有一个线程可以访问sharedData，从而避免了
数据竞争。

1.3 线程创建与管理
在C++中，线程的创建和管理主要通过std::thread 类完成。创建线程时，
可以传递一个函数或一个成员函数和对象给std::thread 的构造函数。线程的管
理包括线程的启动、等待、分离和销毁。
1.3.1 示例：创建和管理线程

#include <iostream>
#include <thread>
class MyClass
{
public:
	void myFunction()
	{
		std::cout << "线程正在执行成员函数..." << std::endl;
	}
};
int main()
{
	MyClass obj;
	// 创建线程并传递成员函数和对象
	std::thread t(&MyClass::myFunction, &obj);
	// 等待线程结束
	t.join();
	std::cout << "主线程继续执行..." << std::endl;
	return 0;
}

此示例展示了如何创建一个线程来执行类的成员函数。std::thread 的构造函数接受一个指向成员函数的指针和一个指向对象的指针。
1.3.2 线程分离
线程分离意味着线程将独立于创建它的线程运行，即使创建线程已经结束，
分离的线程也会继续运行直到完成。使用std::thread::detach()方法可以分离线
程。
1.3.3 示例：分离线程

#include <iostream>
#include <thread>
void threadFunction()
{
	std::cout << "线程正在执行..." << std::endl;
}
int main()
{
	std::thread t(threadFunction);
	// 分离线程
	t.detach();
	std::cout << "主线程继续执行，线程已分离..." << std::endl;
	return 0;
}