使用C++實作執行緒編程

隨著電腦技術的不斷發展，多核心處理器和多執行緒程式設計已經成為了越來越重要和常見的技術。而C 作為一門被廣泛應用的物件導向程式語言，在實現多執行緒程式設計方面具有獨特的優勢。本文將介紹如何使用C 實作執行緒編程，包括執行緒的創建、同步和互斥等問題。

1.執行緒的基本概念

執行緒是行程的基本執行單元，一個行程可以包含多個執行緒。執行緒具有以下特點：

（1）執行緒是進程的一部分，因此共享進程的記憶體空間。

（2）執行緒之間可以並發執行，提高了程式的運作效率。

（3）執行緒之間可以共享數據，但也面臨數據競爭的問題。

（4）執行緒具有獨立的執行流程，可以擁有自己的堆疊和暫存器等。

2.線程的建立

C 提供了多種方法來建立線程，其中最常用的是使用thread類別。

（1）建立線程對象

使用thread類別的建構子可以建立線程對象，例如下面的程式碼：

#include <iostream>
#include <thread>

void func()
{
    std::cout << "hello from thread" << std::endl;
}

int main()
{
    std::thread t(func);
    t.join();
    return 0;
}

在上述程式碼中，func函數是線程的執行函數，使用std::thread t(func)建立線程對象，並在main函數中呼叫t.join()執行線程，等待執行緒執行完畢後才會退出程式。

（2）傳遞參數

如果需要在執行緒中傳遞參數，可以在建立執行緒物件時傳入參數，例如下面的程式碼：

#include <iostream>
#include <thread>

void func(int num)
{
    std::cout << "hello from thread " << num << std::endl;
}

int main()
{
    std::thread t(func, 3);
    t.join();
    return 0;
}

上述程式碼中，func函數帶有int型別參數num，在建立執行緒物件時傳入參數3。

3.執行緒的同步

多個執行緒同時執行時，可能會引發一些問題，例如資料競爭、死鎖等。為了避免這些問題，必須引入線程同步的概念。

（1）互斥量

互斥量是一種最常用的執行緒同步機制，可防止多個執行緒同時存取共享資源。 C 提供了std::mutex類別來實現互斥量，例如下面的程式碼：

#include <iostream>
#include <mutex>
#include <thread>

std::mutex mtx;

void func()
{
    mtx.lock();
    std::cout << "hello from thread" << std::endl;
    mtx.unlock();
}

int main()
{
    std::thread t(func);
    mtx.lock();
    std::cout << "hello from main" << std::endl;
    mtx.unlock();
    t.join();
    return 0;
}

上述程式碼中，mtx.lock()和mtx.unlock()分別用來加鎖和解鎖互斥量。在func函數中和主函數中都使用互斥量對輸出語句進行了加鎖和解鎖操作，可以確保輸出語句按照指定順序執行。

（2）條件變數

條件變數是一種執行緒同步機制，可以用來等待某個條件滿足後再繼續執行。 C 提供了std::condition_variable類別來實現條件變量，例如下面的程式碼：

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

std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
bool flag = false;

void func1()
{
    std::unique_lock<std::mutex> ul(mtx);
    while(!flag)
    {
        cv.wait(ul);
    }
    std::cout << "hello from thread1" << std::endl;
}

void func2()
{
    std::unique_lock<std::mutex> ul(mtx);
    flag = true;
    cv.notify_one();
}

int main()
{
    std::thread t1(func1);
    std::thread t2(func2);

    t1.join();
    t2.join();
    return 0;
}

上述程式碼中，cv.wait(ul)用來等待條件變數flag滿足後再繼續執行，cv.notify_one ()用來通知等待該條件變數的執行緒。在func2函數中將flag設為true，並通知等待該條件變數的執行緒重設。

4.小結

本文介紹如何使用C 實作執行緒編程，包括執行緒的建立、同步和互斥等問題。透過學習本文，你將了解如何運用互斥量和條件變數等執行緒同步機制來避免多執行緒並發執行時可能引發的問題。

以上是使用C++實作執行緒編程的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！