C++ 模板在多執行緒程式設計中的注意事項有哪些？

在 C++ 多執行緒程式設計中使用範本時的注意事項：避免修改模板類別成員函數的執行緒私有資料。在線程安全容器中儲存模板類別物件。避免在模板類別中使用可變靜態變數。使用適當的同步機制（如互斥鎖）來保護資料。

C++ 模板在多執行緒程式設計中的注意事項

C++ 範本是一種強大的功能，它允許我們在不明確指定類型的基礎上編寫程式碼。但是，在多執行緒程式設計中使用模板時，需要注意一些事項，以避免資料競爭和死鎖問題。

1. 避免對模板類成員函數的線程私有數據進行修改

對於線程私有數據，我們應該使用 thread_local 關鍵字來聲明。對於非靜態成員函數，對模板類別中線程私有資料的修改可能導致不同執行緒看到不一致的資料。

class MyClass {
public:
    thread_local int x;

    void modifyX() {
        ++x; // 可能导致数据竞争
    }
};

2. 在執行緒安全容器中儲存模板類別物件

在多執行緒環境中，應使用執行緒安全的容器，例如std::vector 和std::map。如果將模板類別物件儲存在非執行緒安全的容器中，例如 std::list，則可能導致資料損壞或死鎖。

std::vector<MyClass> objects; // 线程安全

std::list<MyClass> objects; // 非线程安全，可能导致数据损坏或死锁

3. 避免在模板類別中使用可變靜態變數

可變靜態變數在多執行緒環境中是危險的，因為它們可能被多個執行緒同時存取。在模板類別中使用可變靜態變數時，應格外小心，並使用適當的同步機制來避免資料競爭。

template <typename T>
class MyClass {
public:
    static int x; // 可变静态变量，可能导致数据竞争

    static void modifyX() {
        ++x; // 可能导致数据竞争
    }
};

4. 使用適當的同步機制來保護資料

為了避免資料競爭，在多執行緒環境中使用模板類別時，應使用適當的同步機制，例如互斥鎖、條件變數或自旋鎖。

std::mutex m;

template <typename T>
class MyClass {
public:
    void modifyX() {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(m);
        ++x; // 受互斥锁保护
    }
};

實戰案例

在以下程式碼範例中，我們示範如何在多執行緒程式中安全地使用C++ 範本：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <vector>

template <typename T>
class Counter {
private:
    std::mutex m;
    T count;

public:
    Counter() : count(0) {}

    void increment() {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(m);
        ++count;
    }

    T get() const {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(m);
        return count;
    }
};

int main() {
    // 创建一个`Counter`模板类的对象
    Counter<int> counter;

    // 创建多个线程并并发增加计数器
    std::vector<std::thread> threads;
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        threads.emplace_back([&counter] {
            for (int j = 0; j < 10000; ++j) {
                counter.increment();
            }
        });
    }

    // 等待所有线程完成
    for (auto& thread : threads) {
        thread.join();
    }

    // 输出计数器的最终值
    std::cout << counter.get() << std::endl;

    return 0;
}

輸出結果：100000，證明了模板類別在多執行緒環境中使用時的執行緒安全性。

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