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C++线程库

news 2025/7/1 18:32:06

1. 基本概念

1.1 线程（Thread）

线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。一个进程可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。

1.2 并发与并行

并发（Concurrency）：指多个任务在同一时间段内交替执行。
并行（Parallelism）：指多个任务在同一时刻同时执行，通常需要多核处理器。

1.3 同步与互斥

同步（Synchronization）：协调多个线程的执行顺序，确保共享资源的安全访问。
互斥（Mutex）：确保同一时间只有一个线程可以访问共享资源。

2. 常用函数及其用法

`-thread函数`

2.1构造函数

用于创建一个新线程，并指定要执行的函数及其参数。

#include <iostream>
#include <thread>
using namespace std;
void func(int x, string str) {cout << "Thread running with x = " << x << " and str = " << str << endl;
}int main() {int a = 5;string s = "Hello";thread t(func, a, s); // 创建线程，执行func函数t.join(); // 等待线程完成，主线程会阻塞直到子线程结束。return 0;
}

`detach()` 函数

将线程分离，使其在后台运行，主线程不再等待子线程。

t.detach();//一旦线程被分离，就无法再与主线程同步

`lock()` 和unlock()

锁定互斥量，如果互斥量已被锁定，则阻塞直到解锁。

std::mutex mtx;
mtx.lock();
// 临界区
mtx.unlock();//解锁互斥量。

`lock_guard用法`

自动管理互斥量的生命周期，在构造时锁定互斥量，在析构时解锁。

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
using namespace std;
mutex mtx;void printThread(int id) {lock_guard<mutex> lock(mtx); // 自动锁定cout << "Thread " << id << " is running." << endl;// 自动解锁
}int main() {thread t1(printThread, 1);thread t2(printThread, 2);t1.join();t2.join();return 0;
}

`unique_lock用法`

提供更灵活的锁管理，可以手动锁定和解锁。

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
using namespace std;
mutex mtx;void func() {unique_lock<mutex> lock(mtx);// 执行操作lock.unlock(); // 手动解锁// 执行其他操作lock.lock(); // 重新锁定// 继续执行
}int main() {thread t(func);t.join();return 0;
}

`wait()` 用法

使线程等待，直到被通知。

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
using namespace std;
mutex mtx;
condition_variable cv;
bool ready = false;void worker() {unique_lock<mutex> lock(mtx);cv.wait(lock, []{ return ready; }); // 等待通知cout << "Worker thread is running." << endl;
}int main() {thread t(worker);{lock_guard<std::mutex> lock(mtx);ready = true;}cv.notify_one(); // 唤醒一个等待的线程。同理也有notify_all唤醒所有等待的线程t.join();return 0;
}

`atomic`

提供原子操作，确保对变量的操作是原子的，避免数据竞争。

#include <iostream>
#include <thread>
#include <atomic>
using namespace std;
atomic<int> counter(0);void increment(int n) {for(int i = 0; i < n; ++i) {counter++;}
}int main() {thread t1(increment, 1000);thread t2(increment, 1000);t1.join();t2.join();cout << "Counter value: " << counter << endl;return 0;
}