C++多线程编程

多线程用法

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1.多线程创建

• (1) 创建一个thread，并传入一个方法；

#include 
#include 

using namespace std;

void HelloWorld() {
    cout << "Hello, World!" << endl;
}

int main() {
    thread th(HelloWorld);
	th.join();
    return 0;
}

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2.多线程传参

• (1) 创建一个thread，传入一个函数指针，及需要传入函数的参数；
• (2) 创建一个thread，传入一个函数对象，及需要传入函数对象的参数；
• (3) 创建一个thread，传入一个lambda表达式，及需要传入lambda表达式的参数；

#include 
#include 

using namespace std;

// 1.传入一个函数指针
void Func(int x) {
	for (int i = 0; i < x; ++i) {
		cout << "线程使用函数指针传参." << endl;
	}
}

// 2.传入一个函数对象
class FuncObj {
public:
	void operator()(int x) {
		for (int i = 0; i < x; ++i) {
			cout << "线程使用函数对象传参." << endl;
		}
	}
};

int main() {
	thread th1(Func, 3);
	thread th2(FuncObj(), 3);
    // 3.传入一个lambda函数
	auto lambdaF = [](int x) {
		for (int i = 0; i < x; ++i) {
			cout << "线程使用Lambda函数传参." << endl;
		}
	};
	thread th3(lambdaF, 3);
	th1.join();
	th2.join();
	th3.join();

	return 0;
}

这里需要注意，传入的参数是引用形式，需要使用std::ref，并且可以通过this_thread::get_id()方法获取当前线程id，如：

#include 
#include 

using namespace std;

void func(int& result) {
	std::cout << "Func thread ID: " << this_thread::get_id() << endl;
	int res = 0;
	for (int i = 0; i < 100; ++i) {
		res += i;
	}
	result = res;
}

int main() {
	int result = 0;
	thread th(func, std::ref(result));
	th.join();

	std::cout << "Main thread ID: " << this_thread::get_id() << endl;
	cout << result << endl;

	return 0;
}

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3.多线程lambda函数捕获

• (1) lambda表达式分为两个部分，第一个部分为catch捕获的外部变量对应[]，第二个部分为传入的参数列表对应()，如：

#include 
#include 

using namespace std;

int main() {
	string str = "test";
	auto f = [&str](int a, int b) {
		cout << str << endl;
		cout << a + b << endl;
	};
	f(1, 2);

	return 0;
}

• (2) 将lambda表达式作为thread传参：

#include 
#include 
#include 

using namespace std;

int main() {
	string str = "test";
	thread func = thread([&str](int a, int b) {
		cout << str << endl;
		cout << a + b << endl;
	}, 1, 2);

	func.join();

	return 0;
}

• 这里局部变量str传入线程，需要用捕获的方式，否则需要将其定义为全局变量才可以：

#include 
#include 
#include 

using namespace std;
string str = "test";
int main() {
	thread func = thread([](int a, int b) {
		cout << str << endl;
		cout << a + b << endl;
	}, 1, 2);

	func.join();

	return 0;
}

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4.多线程加速

• (1) 任务切割：将一个任务切割成多个子任务；
• (2) 多线程加速：每个子任务开一个线程执行，从而实现加速的目的；

#include 
#include 
#include 

using namespace std;
using namespace std::chrono;

template 
void Measure(T&& func) {
	auto start = system_clock::now();
	func();
	duration diff = system_clock::now() - start;
	cout << "TimeCost: " << diff.count() << " seconds." << endl;
}

void Sum(long start, long end, long& ans) {
	long s = 0;
	for (long i = start; i < end; ++i) {
		s += i;
	}
	ans = s;
}

const long S = 100000000;

int main() {
	Measure([]() {
		long ans1, ans2;
		thread t1 = thread(Sum, 0, S / 2, ref(ans1));
		thread t2 = thread(Sum, S / 2, S, ref(ans2));
		t1.join();
		t2.join();
		cout << "Ref Answer: " << (ans1 + ans2) << endl;
	});

	Measure([]() {
		long ans;
		Sum(0, S, ans);
		cout << "Normal Answer: " << ans << endl;
	});

	return 0;
}

• 注意，当任务计算量比较小时，线程创建和销毁比例就比较多，这个时候多线程达不到加速的目的，可以将程序中的S减小看看。

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5.异步执行

• (1) async和future：async是异步执行的意思，返回值类型为future；
• (2) 获取值的时候，使用get()方法，等待当前线程执行完毕；

#include 
#include 
#include 
#include 

using namespace std;
using namespace std::chrono;

template 
void Measure(T&& func) {
	auto start = system_clock::now();
	func();
	duration diff = system_clock::now() - start;
	cout << "TimeCost: " << diff.count() << " seconds." << endl;
}

long Sum(long start, long end) {
	long s = 0;
	for (long i = start; i < end; ++i) {
		s += i;
	}
	return s;
}

const long S = 100000000;

int main() {
	Measure([]() {
		const long K = 2;
		const long Step = S / K;
		vector> vf;
		vf.reserve(K);
		for (int i = 0; i < K; ++i) {
			vf.push_back(async(
				Sum, i == 0 ? 0 : Step * i,
				i == K - 1 ? S : Step * (i + 1))
			);
		}
		long ans = 0;
		for (int i = 0; i < K; ++i) {
			ans += vf[i].get();
		}
		cout << "Async: " << ans << endl;
	});

	Measure([]() {
		long ans = Sum(0, S);
		cout << "Normal Answer: " << ans << endl;
	});

	return 0;
}

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6.锁问题

• (1) 多个线程对对同一个变量操作，会出现数据竞态问题；
• (2) 加锁的目的是为了保证同一个时刻，只有一个线程能够对变量进行操作；

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

using namespace std;
using namespace std::chrono;

mutex mtx;

template 
void Measure(T&& func) {
	auto start = system_clock::now();
	func();
	duration diff = system_clock::now() - start;
	cout << "TimeCost: " << diff.count() << " seconds." << endl;
}

void Sum(int& s) {
	mtx.lock();
	for (int i = 0; i < 1000000; ++i) {
		s++;
	}
	mtx.unlock();
}

int main() {
	Measure([]() {
		vector vf;
		int s = 0;
		for (int i = 0; i < 4; ++i) {
			vf.emplace_back(Sum, std::ref(s));
		}
		for (int i = 0; i < 4; ++i) {
			vf[i].join();
		}
		cout << s << endl;
	});

	return 0;
}

参考资料

C++多线程快速入门