C++中的多线程编程详解与实战

一、引言

随着多核处理器的普及，多线程编程成为提升程序性能的重要手段。C++11标准正式引入了线程库，提供了跨平台的多线程支持，极大方便了多线程程序开发。

本文将详细介绍C++多线程基础、同步机制及实战案例，帮助你掌握现代C++多线程编程。

二、C++多线程基础

1. 线程的创建

C++11中通过std::thread创建线程：

cpp复制编辑void func() {
    std::cout << "线程执行中\n";
}

int main() {
    std::thread t(func);
    t.join(); // 等待线程结束
    return 0;
}

2. 线程参数传递

线程函数可带参数：

cpp复制编辑void printNum(int x) {
    std::cout << x << std::endl;
}

std::thread t(printNum, 10);

三、线程同步机制

1. 互斥锁（mutex）

保证同一时刻只有一个线程访问共享资源。

cpp复制编辑std::mutex mtx;
mtx.lock();
// 访问共享资源
mtx.unlock();

更安全的方式：

cpp复制编辑std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);

2. 条件变量（condition_variable）

线程间通信，等待某条件发生。

cpp复制编辑std::condition_variable cv;
std::mutex mtx;
bool ready = false;

void waitFunc() {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
    cv.wait(lock, [](){ return ready; });
    // 继续执行
}

四、线程间数据共享与竞态条件

多个线程访问同一数据可能导致数据竞态，必须用同步工具保护。

五、原子操作

std::atomic提供无锁原子操作，适合简单变量的并发访问。

cpp复制编辑std::atomic<int> counter(0);
counter++;

六、线程局部存储（thread_local）

变量在每个线程中独立存在，避免竞态。

cpp复制编辑thread_local int var = 0;

七、实战案例：多线程计算数组元素和

cpp复制编辑#include <iostream>
#include <thread>
#include <vector>
#include <numeric>

void partialSum(const std::vector<int>& arr, int start, int end, int& result) {
    result = std::accumulate(arr.begin() + start, arr.begin() + end, 0);
}

int main() {
    std::vector<int> data(1000000, 1);
    int sum1 = 0, sum2 = 0;

    std::thread t1(partialSum, std::cref(data), 0, data.size()/2, std::ref(sum1));
    std::thread t2(partialSum, std::cref(data), data.size()/2, data.size(), std::ref(sum2));

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

    std::cout << "总和：" << sum1 + sum2 << std::endl;
    return 0;
}

八、线程池简介

线程池管理固定数量线程，复用线程提升性能。C++标准库尚无内置线程池，但可自行实现或使用第三方库。

九、C++20协程简介

协程是轻量级线程，C++20开始支持，适合异步编程。它允许函数挂起和恢复，简化异步代码。

十、总结

多线程是现代C++程序性能优化的关键。掌握std::thread、同步机制及并发编程模式，能写出高效、安全的并发程序。未来协程等新技术将进一步简化多线程开发。

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