• C++ thread库

    文章目录

    C++11中提供了thread线程库，它本质上和pthread库差不多，只不过被封装了,同时它还是可以跨平台的

    thread

    构造函数

    thread() noexcept;
template <class Fn, class... Args>
explicit thread (Fn&& fn, Args&&... args);

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    注意

    1. 无参构造就只是开一个线程，但是不会工作,不会执行
    2. thread的第一个元素是可调用对象
    • lambda表达式
    • 函数指针
    • 类对象的仿函数
    1. 后面的是可变参数列表，可以传入任意的参数
    2. 第一个参数是一个模板参数，所以它是万能引用，既可以传左值也可以传右值

    函数指针

    void print(int x,int y)//线程函数
{
	cout<<x<<y<<endl;
}


void threads()
{

    //线程库
    thread t1;//这里可以创建一个无参的，即线程不执行
    thread t2(print, 10,2);//第一个参数因为是模板，所以它是一个万能引用，func它不一定是一个函数，可调用对象就可以了，即可以传左值也可以传右值
    //第二个参数是可变的模板参数，可以传0-n个参数
    //第一个可以
    t2.join();//这和c的线程库也是一样的
    
    //不像c语言要使用一个结构体传进去，
    //原来在c语言我们是使用线程id来控制这些线程的
}


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    Lambda表达式

    int main()
{
	thread t([](){cout<<"hello world"<<endl;});//使用lambda表达式进行传参
}


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    int main()
{
	int x = 0;
    mutex mtx;
    int N = 10000;
    atomic<int> costtime1(0);
    thread t1([&]
              {
        int begin1 = clock();
        mtx.lock();
        for (int i = 0; i < N; i++)
        {
            x++;
        }
        mtx.unlock();
        cout<<x<<endl;
        int end1 = clock();
        costtime1 += (end1 - begin1);
        cout<<costtime1<<endl;});//lambda表达式可以去处理一些小函数
    cout << x << ":" << costtime1 << endl;

    // costtime1就是调用花费的时间 }); //这里用一个可调用对象就可以了，我们这里用lambda表达式，&全部捕获 }); });
    //项目里面，我们还是用原子的，相对更好一点

    int costtime2 = 0;
    thread t2([&]
              {
                  int begin2 = clock();
        mtx.lock();

                  for (int i = 0; i < N; i++)
                  {
                      x++;
                  }
        mtx.unlock();
                  int end2 = clock();
                  costtime2 = end2 - begin2; }); // costtime1就是调用花费的时间 });
    t1.join();
    t2.join();
    cout << x << ":" << costtime1 << endl;
	return 0;
}

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    仿函数

    class Func
{

void operator()
{
        cout << std::this_thread::get_id() << "++x " << x << endl; //获得对应的线程id，这里是一个结构体，因为它可以跨平台
}
int main()
{
	Func fc;
	thread ss(fc);//使用类对象
	thread s((Func()));//使用仿函数进行传参，就要这样弄，
}

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    使用类对象成员函数

    • 静态成员函数可以 直接使用对应的静态函数
    • 使用普通成员函数，除了 有成员函数，还要有类对象 ,类对象可以是一个临时对象
    class test
{
public:
    test()
    {
    }
    ~test()
    {
    }
    static void do_work1()
    {
        cout << "do work 1" << endl;
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));
    }
    void do_work2()
    {
        cout << "do work 2" << endl;
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));
    }
    void do_work3(string& arg, int x, int y)
    {
        cout << "do work 3 x=" << x << "y=" << y << endl;
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));
    }
};

void test_thread(int &data)
{
    cout << "thread data=" << data << endl;
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));
}
int main()
{
    int data=10;
    thread t1(&test_thread,ref(data));
    thread t2(&test::do_work1);//静态成员函数可以直接使用对应的静态函数
    test t;
    thread t3(&test::do_work2,t);//使用普通成员函数，除了有成员函数，还要有类对象
    thread t3(&test::do_work3,t,std::ref("test"),10,20);//使用普通成员函数，除了有成员函数，还要有类对象
  

    return 0;
}

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    拷贝构造

    thread线程库不允许进行拷贝构造,所以直接把它给删除掉

    thread (const thread&) = delete;

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    赋值重载

    不允许赋值一个左值对象，类比拷贝构造
    但是可以用一个右值对象来赋值

    thread& operator= (thread&& rhs) noexcept;
copy [deleted] (2)	
thread& operator= (const thread&) = delete;

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    void test()
{
    int n;
    cin >> n;
    vector<thread> vthds;
    vthds.resize(n);//提前开好n个线程

    //现在有任务来了，我们要让这些线程都跑起来
    for (auto& e : vthds)
    {
        e = thread(print,100,2);//这里构造一个匿名对象赋值给它,这个地方又利用了一个移动赋值,把右边的这个临时
        //对象传过去给e去执行,出了作用域就销毁了
        //右边是一个右值
        //这里的线程不支持拷贝构造，把一个线程拷贝给另一个线程，所以直接delete掉了
        //线程也不支持赋值，但是可以支持移动赋值
    }
}

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    获取id

     std::this_thread::get_id()

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    class Func
{

void operator()
{
        cout << std::this_thread::get_id() << "++x " << x << endl; //获得对应的线程id，这里是一个结构体，因为它可以跨平台
}
int main()
{
	thread s((Func()));//使用仿函数进行传参，就要这样弄，
}
};

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    sleep

    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));//这里面是休眠的时间

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    join和detach

    • join :就是在一个线程还没处理完之前，主线程都要一直等着这个线程做，直到新线程处理完了，才会放开主线程，
    • detach: 就是会把主线程和新线程分离开来，新线程的事情不影响主线程做事，后台自动回收
    
void print(int x,int y)//线程函数
{
	cout<<x<<y<<endl;
}

int main()
{
	thread s(print,10,20);
	s.detach();
	if(s.joinable())//判断是否可以被join，如果detach和join之后就不能被join
	
	s.join();
	
	cout<<"hello"<<endl;//使用join要等新线程处理完才会打印
	
		
	return 0;
}

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    引用与传参

    假如说我们在main函数里面定义了对象想要传到thread里面

    • 可以使用指针进行传参
    • 不能用左值来进行接收，但是可以使用std::ref( ),之后就能用左值接收
    
void func(int* x)//用指针肯定是可以的
{
    *x+=10;
}
void func(int &x) //绝对不能传左值引用,但是下面传参是用std::ref()就能接收,因为正常thread里面都是拷贝
{
    x += 10;
}


int main()
{
	int n = 10;
    // 严格来说thread的参数不能是左值引用，
    
    thread t1(func,&n);//这样子对n的加，不可以，传值拷贝
    thread t2(func, std::ref(n)); //这样弄就可以了
    t1.join();
    t2.join();
    cout << n << endl;
}

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    atomic

    为了解决内置类型传参过去的线程安全的问题

    atomic s;

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    atomic<int> x(0); //这样对x的操作就变成了原子操作,不能用=
atomic_long m{0};//这两者是一样的
atomic<long> n(2);


void func()
{
	x++;//因为这里的x是atomic原子变量，所以是线程安全的，
}
int main()
{
	thread s(func);
	thread p(func);
	return 0;
}


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    void threadpool()
{
    //实现一个线程池
    atomic<int> x(0);
    //我们实现一个n个线程都对它进行加m次
    int n, m;
    cin >> n >> m;
    vector<thread> vthds;
    vthds.resize(n); //我们直接就开n个线程，用thread的默认构造函数进行初始化，无参的，就不是不运行
    //这里还有还可以用移动构造和移动赋值
    atomic<int> costtime(0);
    for (size_t i = 0; i < vthds.size(); i++)
    {
        vthds[i] = thread([m, &x, &costtime]()
                          {
            int begin=clock();
            for(int i=0;i<m;i++)
            {
                x++;//这里的x是原子变量
            }
            int end=clock();
            costtime+=(end-begin); }); //这里我们用了移动赋值，构造了一个线程对象，线程里面用的是lambda表达式
    }
    for (auto &e : vthds)
    {
        if (e.joinable()) //判断是否可被join，
            e.join();     //这里必须要用&，如果不用的话，就会去掉拷贝构造，这是不允许的
    }
    cout << x << endl;
    cout << costtime << endl;
}

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    mutex

    线程安全里面的锁资源

    • lock就把临界区锁住了
    • unlock可以把解锁
    • try_lock:如果这个锁已近被别人用了，就啥也不干直接返回，如果这个锁是空闲的，就把对应的线程给锁住
    int x = 0;
mutex mtx; //定义一个锁出来
void Func(int& n)
{
    //每个线程都有自己的栈，各自在执行自己的func，
    mtx.lock();
    //不能放在里面，放在里面的话，每一次都要去竞争这个锁资源，
    //加在外面变成了串行，运行，就没有意义了，理论上应该加在里面，这样就能交替并行运行
    for (int i = 0; i < n; i++)
    {
        //放在这里锁的事情和释放也有消耗，
        //对用户态的切换，要保存上下文

        cout << std::this_thread::get_id() << "++x " << x << endl; //获得对应的线程id，这里是一个结构体，因为它可以跨平台

        //抢到锁的人执行的指令太少了，导致另一个人刚离开回去休息又回来了，而是在这里循环等待，一直问，好了我就进去执行，（自旋锁）
        ++x;
    }
    mtx.unlock();
}

int main()
{
	int n=10;
	thread th(Func,std::ref(n));
	return 0;
}


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    lock_guard

    我们使用锁会出现一种情况，一把锁锁住之后，但是里面就调用throw，抛异常之后，就会到catch里面，就把后续代码都跳过了，这个就会造成死锁的问题

    所以我们就可以用一个RAII机制的锁，在调用的时候构造，上锁，在析构的时候解锁

    lock_guard 只能在作用域结束后才能解锁

    模拟实现lock_guard

    template <class Lock>
class LockGuard
{
private:
    Lock& _lock;//&,const,和没有默认构造函数的变量，都必须在初始化列表进行初始化

public:
    LockGuard(Lock& lock)//在构造函数的时候就行加锁，但是互斥锁是不支持拷贝的，也要保持是同一把锁
    :_lock(lock)//这里的_lock是mtx的别名
    {
        _lock.lock();
    }
    ~LockGuard()
    {
        _lock.unlock();//在析构函数的时候进行解锁
    }
};

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    unique_lock

    和lock_guard类似，但是可以支持在作用域结束之前解锁
    所以更加推荐使用unique_lock

    void vfunc(vector<int> &vt, int x, int base, mutex &mtx)
{
    try
    {
        /* code */
        if (base == 200)
        {
            //对应第一个线程就让他sleep一下
            std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
        }

        for (int i = 0; i < x; i++)
        {
            //用IO把速度降下来
            // mtx.lock(); //这样用锁有问题
            // LockGuard lock(mtx);//在这个里面就加锁，出了for作用域就解锁了，抛异常也算出了作用域，也解锁了,调用析构函数，生命周期到了

            //lock_guard lock(mtx);//这个是库里面提供的

            unique_lock<mutex> lockk(mtx);//这个效果也是一样的,除了提供构造和析构，中途解一下锁

            //这个push失败之后就会抛异常

            vt.push_back(i); //有线程安全的问题

            //抛异常之后unlock就不会被执行了，这样可能在上面push里面开空间也会出现问题，所以我们这里的锁可以写一个对象锁
            if (base == 100 && i == 3)
                throw bad_alloc();
            //这里就死锁了，
            // mtx.unlock();

            //会出现死锁，在
        }
    }
    catch (const std::exception &e)
    {
        std::cerr << e.what() << '\n';
        //捕捉到异常之后，把锁释放掉
        // mtx.unlock();
    }
}

void test()
{
    thread t1, t2;
    vector<int> vt;

    //两个线程要用同一个锁
    mutex mtx;
    //这里用的匿名对象，右值引用,线程要放在里面抛异常
    t1 = thread(vfunc, std::ref(vt), 5, 100, std::ref(mtx));  //这样是存在线程安全问题
    t2 = thread(vfunc, std::ref(vt), 10, 200, std::ref(mtx)); //
    //这种小程序用lambda就行了

    t1.join();
    t2.join();

    for (auto e : vt)
    {
        cout << e << " ";
    }
}

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    cond_variable

    wait

     template <class Predicate>
 void wait (unique_lock<mutex>& lck, Predicate pred);

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    wait后面的参数是可调用对象，同理，也是函数指针，lambda表达式，仿函数,当返回为true时，才会唤醒，否则一直阻塞着

    notify_one:唤醒一个线程

    实战
    交替打印奇偶数

    #include 
#include 
#include 
#include 
using namespace std;

//两个线程交替打印，一个打印奇数，一个打印偶数
void test1()
{
    int n = 100;
    // t1打印奇数
    int i = 0;
    mutex mtx;
    bool flag = false;
    condition_variable cv;
    thread t1([&]()
              {
        while(i<n)
        {
            
            //尽量不要单独用lock和unlock
            // lock_guard lock(mtx);//这个是出了作用域才解锁
            unique_lock<mutex> lock(mtx);

            //wait后面的是可调用对象，函数，lambda，仿函数
            // cv.wait(lock,[&flag](){return flag;});//在里面如果是false，就会一直阻塞,直到变成true才会开始，唤醒之后flag为true，就打印，
            //这里的wait是直到条件为真才会去执行任务
            cv.wait(lock,[&](){return i%2==1;});
            //唤醒和里面条件都会挡住它
            cout<<this_thread::get_id()<<"->"<<i<<" "<<endl;
            i++;
            flag=!flag;
            cv.notify_one();//唤醒一个

        } });
    // t2打印偶数
    thread t2([&]()
              {
           while(i<n){
            unique_lock<mutex> lock(mtx);
            //!flag是true，这里获取到不会阻塞，就会运行了
            // cv.wait(lock,[&flag](){return !flag;});
            cv.wait(lock,[&](){return i%2==0;});
            cout<<this_thread::get_id()<<"->"<<i<<" "<<endl;;
            i++;
            flag=!flag;//保证下一个自己不会打印
            cv.notify_one();//唤醒
           } });
    t1.join();
    t2.join();
}

int main()
{
    test1();
    return 0;
}

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  • 原文地址：https://blog.csdn.net/m0_61567378/article/details/126444385