C++中实现多线程编程

一、基于POSIX线程库（pthreads）

适用场景：Linux/Unix系统、需要底层线程控制或兼容旧代码。

核心步骤：

1. 包含头文件：#include <pthread.h>
2. 定义线程函数：返回类型为void*，参数为void*指针。
3. 创建线程：使用pthread_create函数。
4. 等待线程结束：使用pthread_join回收资源。

示例代码：

1#include <iostream>
2#include <pthread.h>
3
4void* threadFunction(void* arg) {
5    int id = *((int*)arg);
6    std::cout << "Thread " << id << " is running.\n";
7    return nullptr;
8}
9
10int main() {
11    const int numThreads = 5;
12    pthread_t threads[numThreads];
13    int threadIds[numThreads];
14
15    for (int i = 0; i < numThreads; ++i) {
16        threadIds[i] = i;
17        if (pthread_create(&threads[i], nullptr, threadFunction, &threadIds[i]) != 0) {
18            std::cerr << "Failed to create thread "<< i << "\n";
19            return 1;
20        }
21    }
22
23    for (int i = 0; i < numThreads; ++i) {
24        pthread_join(threads[i], nullptr);
25    }
26
27    std::cout << "All threads finished.\n";
28    return 0;
29}

编译命令：

g++ -pthread -o multithread_example multithread_example.cpp

二、基于C++11标准库（<thread>）

适用场景：现代C++项目（C++11及以上）、跨平台开发。

核心优势：语法简洁，类型安全，支持RAII管理。

核心步骤：

1. 包含头文件：#include <thread>
2. 创建线程：直接实例化std::thread对象，传入可调用对象（函数、Lambda等）。
3. 管理线程：使用join()等待线程结束或detach()分离线程。

示例代码：

1#include <iostream>
2#include <thread>
3#include <vector>
4
5void threadFunction(int id) {
6    std::cout << "Thread " << id << " is running.\n";
7}
8
9int main() {
10    std::vector<std::thread> threads;
11    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
12        threads.emplace_back(threadFunction, i);
13    }
14
15    for (auto& t : threads) {
16        if (t.joinable()) t.join();
17    }
18
19    std::cout << "All threads finished.\n";
20    return 0;
21}

编译命令：

g++ -std=c++11 -o multithread_example multithread_example.cpp

三、线程同步机制

多线程访问共享资源时需避免竞态条件，常用工具包括：

1. 互斥锁（std::mutex）：

1#include <mutex>  
2std::mutex mtx;  
3void safePrint(int id) {  
4    std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx); // 自动加锁/解锁  
5    std::cout << "Thread " << id << " is accessing shared data.\n";  
6}  

2. 条件变量（std::condition_variable）：
   用于线程间通信，例如生产者-消费者模型：

1#include <condition_variable>  
2std::condition_variable cv;  
3bool ready = false;  
4void worker() {  
5    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);  
6    cv.wait(lock, []{ return ready; }); // 等待通知  
7    // 执行任务  
8}  
9void trigger() {  
10    {  
11        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);  
12        ready = true;  
13    }  
14    cv.notify_all(); // 通知所有等待线程  
15}  

四、高级并发工具

1. std::async与std::future：
   异步执行任务并获取返回值，适合简化并行任务管理：

1#include <future>  
2int computeSum(int a, int b) {  
3    return a + b;  
4}  
5int main() {  
6    std::future<int> result = std::async(std::launch::async, computeSum, 3, 4);  
7    std::cout << "Sum: " << result.get() << "\n"; // 阻塞等待结果  
8    return 0;  
9}  

2. 线程池（第三方库）：
   如Boost.Thread或自定义实现，用于复用线程减少创建/销毁开销。

五、方法对比与选择建议

六、注意事项

1. 线程安全：共享数据必须通过互斥锁、原子操作（std::atomic）等保护。
2. 资源泄漏：确保每个pthread_create对应pthread_join，或使用detach()。
3. 编译选项：
   • pthread需添加-pthread（Linux/CentOS）或-lpthread。
   • C++11需添加-std=c++11或更高版本标志。

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