如何用 C++ 函数设计和实现可伸缩的并发系统？

通过遵循原子性、线程安全性、可重用性原则，并利用线程、锁、原子变量等机制，C 提供了创建可扩展并发系统所需的强大特性，例如并行求和等实战案例中所示。

利用 C 函数构建可扩展的并发系统

引言
在现代软件开发中，并发性对于处理繁重的计算和提高应用程序响应能力至关重要。C 提供了强大的并行和并发编程特性，使开发人员能够设计高度可扩展的并发系统。

设计 C 并发函数
设计有效的 C 并发函数时，需要考虑以下关键原则：

• 原子性：函数更改的状态在所有线程中应保持一致性和不可分割性。
• 线程安全性：函数应线程安全，这意味着它可以在多个线程中并发执行而不出现数据竞争或死锁。
• 可重用性：函数应设计为模块化和可重用，以促进代码重用和可维护性。

实现 C 并发函数
C 提供了多种机制来实现并发，包括线程、锁和原子变量：

• 线程：每个线程都有自己独立的执行流。可以使用 std::thread 库创建和管理线程。
• 锁：锁用于协调对共享资源的访问。可以使用 std::mutex 库创建和锁住互斥体。
• 原子变量：原子变量是非线程安全的变量，但可以进行原子操作，例如读取、写入和修改。

实战案例：并行求和

以下是如何使用 C 并发函数编写并行求和程序的示例：

#include <vector>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <atomic>

std::mutex sum_mutex;
std::atomic_int total_sum;

void sum_partial(const std::vector<int>& numbers, size_t start, size_t end) {
  int partial_sum = 0;
  for (size_t i = start; i < end; ++i) {
    partial_sum += numbers[i];
  }

  // 使用锁保护共享变量
  std::lock_guard<std::mutex> lock(sum_mutex);
  total_sum += partial_sum;
}

int main() {
  std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
  const size_t num_threads = 4;
  std::vector<std::thread> threads;

  // 分割向量并创建线程执行并行求和
  const size_t chunk_size = numbers.size() / num_threads;
  for (size_t i = 0; i < num_threads; ++i) {
    size_t start = i * chunk_size;
    size_t end = (i + 1) * chunk_size;
    threads.emplace_back(sum_partial, std::ref(numbers), start, end);
  }

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

  // 打印总和
  std::cout << "Total sum: " << total_sum << std::endl;
  return 0;
}

结论
通过遵循正确的原则并利用 C 提供的并发工具，开发人员可以创建高度可扩展和线程安全的并发系统。

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