C++ 동시 프로그래밍의 이론 및 실제 탐구

C++ 동시 프로그래밍은 스레드, 뮤텍스, 조건 변수 및 원자 연산과 같은 메커니즘을 통해 다중 작업 동시 실행을 구현합니다. 실제 사례에서는 멀티스레드 영상 처리 프로그램이 영상을 블록으로 나누고 이 블록들을 스레드 풀을 통해 병렬로 처리함으로써 처리 시간을 단축시킨다.

C++에서 동시 프로그래밍의 이론과 실제를 탐구

소개
동시 프로그래밍에는 동시에 여러 작업을 수행하는 작업이 포함되며 이는 현대 소프트웨어 개발에서 없어서는 안 될 부분이 되었습니다. C++ 언어는 풍부한 동시성 기능을 제공하며, 이 기사에서는 이러한 기능의 이론적 기초와 실제 적용을 자세히 살펴보겠습니다.

이론적 기초

• Thread: 메모리 및 파일 설명자와 같은 프로세스 리소스를 공유하는 경량 실행 단위입니다.
• Mutex: 중요한 영역을 보호하고 동시에 하나의 스레드만 이 영역에 액세스할 수 있도록 하는 데 사용되는 동기화 기본 요소입니다.
• 조건 변수: 스레드가 특정 조건이 충족될 때까지 기다릴 수 있도록 하는 또 다른 동기화 기본 요소입니다.
• 원자적 작업: 공유 데이터에 대한 작업은 작업이 중단되지 않도록 보장하여 데이터 무결성을 보장합니다.

실습 사례: 멀티 스레드 이미지 처리
동시 프로그래밍의 실제 적용을 보여주기 위해 이미지를 여러 블록으로 나누고 각 블록에서 병렬로 이미지 처리를 수행하는 멀티 스레드 이미지 처리 프로그램을 구현합니다. .

코드 구현

#include <iostream>
#include <vector>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>

using namespace std;

// 图像块结构体
struct ImageBlock {
    int start_row;  // 块的起始行
    int start_col;  // 块的起始列
    int width;      // 块的宽度
    int height;     // 块的高度
};

// 共享变量保护
mutex m;
condition_variable cv;

// 是否已处理完所有块
bool done = false;

// 图片处理函数
void processImageBlock(ImageBlock block) {
    // ... 实际的图像处理操作 ...
}

// 线程处理函数
void threadFunc(vector<ImageBlock>& blocks) {
    while (!done) {
        // 获取一个未处理的块
        unique_lock<mutex> lk(m);
        ImageBlock block;
        for (auto& b : blocks) {
            if (!b.processed) {
                block = b;
                b.processed = true;
                break;
            }
        }
        // 如果没有未处理的块，则等待
        if (!block.processed) {
            cv.wait(lk);
        }
        // 对块进行处理
        processImageBlock(block);
    }
}

int main() {
    // 划分图像为块
    vector<ImageBlock> blocks;
    // ... 省略分割图像的代码 ...

    // 创建线程池
    vector<thread> threads;
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        threads.emplace_back(threadFunc, ref(blocks));
    }

    // 等待所有线程完成
    {
        unique_lock<mutex> lk(m);
        done = true;
        cv.notify_all();
    }
    for (auto& t : threads) {
        t.join();
    }

    return 0;
}

실행 결과
프로그램은 이미지의 블록을 병렬로 처리하므로 전체 처리 시간이 단축됩니다. 출력에는 각 스레드에서 처리된 블록의 세부 정보가 표시됩니다.

요약
이 문서에서는 C++ 동시 프로그래밍의 이론적 기초와 실제 적용을 살펴봅니다. 뮤텍스, 조건 변수 및 원자 연산과 같은 개념을 소개함으로써 스레드로부터 안전하고 효율적인 멀티스레드 프로그램을 구현하는 방법을 보여줍니다. 실제 사례는 이미지 처리 분야에서 동시 프로그래밍의 실제 적용을 보여줍니다.

위 내용은 C++ 동시 프로그래밍의 이론 및 실제 탐구의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!