C++ 並發程式設計的現代函式庫與工具簡介？

現代C++ 並發程式設計提供了多種函式庫和工具來簡化多核心處理利用：C++ 標準執行緒函式庫(STL)：std::thread, std::mutex, std::condition_variableOpenMP：指令（#pragma）和函數，簡化共享記憶體並行程式設計Boost 並發函式庫：boost::thread, boost::atomic, boost::lockfree實戰案例：使用STL 建立多執行緒並行計算矩陣乘法使用OpenMP 指令自動並行化內迴圈執行矩陣乘法

#C++ 並發程式設計的現代函式庫和工具簡介

在現代軟體開發中，並發程式設計至關重要，它使程式設計師能夠創建可以利用多核心處理器的應用程式。 C++ 提供了一系列函式庫和工具來簡化並發程式設計。本文將介紹這些現代函式庫和工具，並透過實戰案例展示其使用方式。

1. C++ 標準執行緒函式庫(STL)

STL 是C++ 標準函式庫的一部分，它提供了一組執行緒類別和函數，使開發人員能夠創建和管理線程。主要類別包括：

• std::thread：表示一個可執行函數的執行緒。
• std::mutex：控制對共享資源的存取。
• std::condition_variable：用於同步執行緒。

2. OpenMP

OpenMP 是一個跨平台的 API，用於 C/C++ 和 Fortran 程式的共享記憶體並行程式設計。它提供指令和運行時函數，簡化了平行程式設計。一些常用的 OpenMP 指令包括：

• #pragma omp parallel：建立並行區域。
• #pragma omp for：用平行迴圈並行化迴圈。
• #pragma omp critical：確保程式碼區域由一個執行緒獨佔執行。

3. Boost 並發函式庫

Boost 是一個跨平台的 C++ 函式庫集合，它提供了並發程式設計的額外功能。主要元件包括：

• boost::thread：提供執行緒同步和管理功能。
• boost::atomic：支援對原子變數的線程安全操作。
• boost::lockfree：提供無鎖定資料結構。

實戰案例：平行矩陣乘法

為了展示這些函式庫和工具的使用，我們考慮一個平行矩陣乘法的例子。程式碼如下：

// 使用 STL
void matrix_multiplication_stl(const double* A, const double* B, double* C,
                               int rows, int cols) {
  std::vector<std::thread> threads;
  for (int i = 0; i < rows; ++i) {
    threads.emplace_back([A, B, C, i, cols]() {
      for (int j = 0; j < cols; ++j) {
        double sum = 0;
        for (int k = 0; k < cols; ++k) {
          sum += A[i * cols + k] * B[k * cols + j];
        }
        C[i * cols + j] = sum;
      }
    });
  }
  for (auto& thread : threads) {
    thread.join();
  }
}

// 使用 OpenMP
void matrix_multiplication_openmp(const double* A, const double* B, double* C,
                                  int rows, int cols) {
#pragma omp parallel for
  for (int i = 0; i < rows; ++i) {
    for (int j = 0; j < cols; ++j) {
      double sum = 0;
      for (int k = 0; k < cols; ++k) {
        sum += A[i * cols + k] * B[k * cols + j];
      }
      C[i * cols + j] = sum;
    }
  }
}

這兩個函數使用 STL 和 OpenMP 分別實作了平行矩陣乘法。在使用 OpenMP 時，內循環會自動並行化。

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