C++：线程库

盒马盒马2024-09-15 12:52

C++：线程库

thread

操作线程需要头文件<thread>，头文件包含线程相关操作，内含两个内容：

  • thread类：操作线程的基本类
  • this_thread命名空间域：用于操作当前线程

thread

thread是用于操作线程的类，其实现了对多平台线程的封装，以统一的面向对象方式完成线程的操作。

  • thread构造：
cpp 复制代码 
thread() noexcept;

template <class Fn, class... Args>
explicit thread (Fn&& fn, Args&&... args);

thread (const thread&) = delete;

thread (thread&& x) noexcept;

从以上构造的声明可以得出以下要点：

  1. 可以不传参，直接构造一个空线程对象
  2. 禁止拷贝构造
  3. 支持移动构造

其中第二个声明是最重要的：

cpp 复制代码 
template <class Fn, class... Args>
explicit thread (Fn&& fn, Args&&... args);

这是一个函数模板，参数如下：

  • fn：一个可调用对象，创建线程后线程执行该函数内容
  • args：可变参数包，用于给fn传参，可以传任意数量的参数

示例：

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <thread>

void test(int x, int y)
{
    std::cout << x + y << std::endl;
}

int main()
{
    int a = 3;
    int b = 5;

    std::thread t(test, a, b);

    return 0;
}

这就创建了一个线程对象，并且设定好了该线程要执行的函数。

此处最大的便利在于，不论是Windows还是Linux，创建线程时传入的函数，都只允许传入一个参数，而此处可以通过参数包传入任意数量的参数。

  • 成员函数：
  1. operator=

thread线程类的赋值重载，同样禁止拷贝赋值，只允许移动赋值。

还记得我们可以创建一个空线程类吗，没有函数可以给一个空线程类绑定函数，只能通过移动赋值来完成初始化空线程类。

示例：

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <vector>
#include <thread>

void test(int x, int y)
{
    std::cout << x + y << std::endl;
}

int main()
{
    std::vector<std::thread> v(100);

    for (auto& th : v)
    {
        th = std::thread(test, 100, 200);
    }

    return 0;
}

当要管理多个线程的时候，可以把多个线程对象放到一个容器内部统一管理，此处用一个vector管理了100个线程对象。但是一开始可能还不能确定线程对象要执行哪一个函数，所以会在容器内部构建空线程对象。需要初始化时，就得用一个匿名对象通过构造函数创建非空线程对象，随后通过operator=完成移动赋值。

以上示例中， th = std::thread(test, 100, 200)被放在for循环内部，完成对所有空线程对象的初始化。

  1. get_id

直接获取一个线程的id，其声明如下：

cpp 复制代码 
id get_id() const noexcept;

如果仔细观察返回值，你会发现其返回的不是一个整数，而是一个叫做id的类型。其是thread的内部类，由于不同操作系统对线程的标识符不同，比如Linux使用整数tid标识，而Windows使用线程句柄标识不同线程。所以无法统一线程的id，因此C++将不同操作系统的标识符封装为一个类thread::id。

thread::id重载了以下操作符：

cpp 复制代码 
bool operator== (thread::id lhs, thread::id rhs) noexcept;
bool operator!= (thread::id lhs, thread::id rhs) noexcept;
bool operator< (thread::id lhs, thread::id rhs) noexcept;
bool operator<= (thread::id lhs, thread::id rhs) noexcept;
bool operator> (thread::id lhs, thread::id rhs) noexcept;
bool operator>= (thread::id lhs, thread::id rhs) noexcept;

允许进行比大小，判断相等的操作，因此可以放在容器中作为键值，用于管理线程比如map、set之类的容器。

那么能否作用于unordered_map这样的哈希容器呢？想要将数据放到哈希表中作为键，就需要一个哈希函数将数据转化为一个整数下标。而id是一个复杂的类，不同系统下内部的内容不一样，很难写出一个统一的哈希函数完成转化。而C++对此进行了模板特化，在thread::id作为哈希的键时，C++内部实现了哈希函数，所以thread::id可以直接在哈希表内部使用。

cpp 复制代码 
template <class T> struct hash; // 通用模板声明
template<> struct hash<thread::id>; // 对 thread::id 的模板特化

另外的，thread::id还支持流输出：

cpp 复制代码 
template <class charT, class traits>
basic_ostream<chasrT, traits>& operator<< (basic_ostream<charT,traits>& os, thread::id id);

可以直接用cout这样的流输出对象来输出id：

cpp 复制代码 
std::thread th(test, 100, 500);
std::cout << th.get_id() << std::endl;
  1. join

用于回收线程，调用该函数后，主线程进入阻塞，直到被join的线程结束，最后回收该线程。

示例：

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <vector>
#include <thread>

void test(int x, int y)
{
    std::cout << x + y << std::endl;
}

int main()
{
    std::thread th(test, 100, 500);
    th.join();

    return 0;
}

只需要线程对象.join()就可以完成线程资源的回收，还是比较方便的。

  1. detatch

用于线程分离，被分离的线程将自己回收自己，无需再join。

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <vector>
#include <thread>

void test(int x, int y)
{
    std::cout << x + y << std::endl;
}

int main()
{
    std::thread th(test, 100, 500);
    th.detach();
    
    return 0;
}

但是此处你很有可能会看不到线程的输出结果，因为线程th被分离后，就无需主线程回收了，主线程直接return，线程结束。但是由于主线程退出，同一进程下的所有线程也会推出，导致线程th还没有来得及输出，就被强制退出了。

  1. joinable

用于检测一个线程是否允许被join，如果线程被detach或已经被join了，那么joinable就会返回false，反之返回true。

this_thread

std::this_thread 是一个命名空间，用于访问当前线程。它提供了一组函数来操作当前线程。

  1. get_id(): 返回当前线程的 ID。
  2. yield(): 让出 CPU 时间片，让其他线程运行。
  3. sleep_until(): 使当前线程睡眠直到某个时间点。
  4. sleep_for(): 使当前线程睡眠一段时间。

get_id和yield都可以直接执行，不用传入参数。而后两个函数与时间相关，要用到C++封装的时间chrono。

chrono

<chrono>是一个头文件，内包含chrono命名空间域，该域内部封装了各种时间的相关操作。

  • 时钟 clock
  1. std::chrono::system_clock：系统时钟，表示从 Unix 纪元开始的时间（1970 年 1 月 1 日 00:00:00 UTC）。
  2. std::chrono::steady_clock：稳定时钟，表示从程序启动开始的时间。

这两个时钟都有一个now成员函数，返回当前的时间。但是system_clock会受到系统时钟影响，如果用户调整了系统时间，就有可能造成时间错误，而稳定时钟不受系统时钟影响。

cpp 复制代码 
auto t1 = std::chrono::system_clock::now();
auto t2 = std::chrono::steady_clock::now();

这两个函数都返回一个time_point类型，表示当前时间点。

  • 时间段 duration

duration用于表示一个时间段，这个类的用法比较复杂，因此C++为我们封装了一些可以直接使用的类：

  1. std::chrono::nanoseconds (纳秒)
  2. std::chrono::microseconds (微秒)
  3. std::chrono::milliseconds (毫秒)
  4. std::chrono::seconds (秒)
  5. std::chrono::minutes (分钟)
  6. std::chrono::hours (小时)

这些类都是typedef后的duration，如果想要表示一个时间端，直接传数字即可：

cpp 复制代码 
auto dur1 = std::chrono::seconds(3); // 3秒
auto dur2 = std::chrono::minutes(5); // 5分钟
  • 时间点 time_point

time_point表示一个时间点，之前时钟返回的now，就是当前的时间点。C++支持了以下运算：

  1. 时间点time_point + 时间段duration = 时间点time_point
  2. 时间段duration - 时间段duration = 时间段duration
  3. 时间点time_point - 时间点time_point = 时间段duration

关于时间类，就简单了解到这里，此处只讲解了最基础的概念，为了讲解线程库的相关接口。

回到this_thread内部的函数：

  1. sleep_until(): 使当前线程睡眠直到某个时间点。
  2. sleep_for(): 使当前线程睡眠一段时间。

sleep_until需要传入一个时间点time_point，比如想要睡眠10秒，就可以用当前时间 + 10秒得到一个时间点，再用sleep_until完成睡眠：

cpp 复制代码 
auto t1 = std::chrono::steady_clock::now(); // 获取当前时间	
auto dur = std::chrono::seconds(10); // 获取十秒时间段
auto t2 = t1 + dur; // 时间点 + 时间段 = 时间点，十秒后

std::this_thread::sleep_until(t2); // 睡眠到 10 秒后

sleep_for需要传入一个时间段duration，同样的睡眠十秒：

cpp 复制代码 
auto dur = std::chrono::seconds(10); // 获取十秒时间段
std::this_thread::sleep_for(dur); // 睡眠到 10 秒后

引用拷贝问题

再看thread类的声明：

cpp 复制代码 
template <class Fn, class... Args>
explicit thread (Fn&& fn, Args&&... args);

此处可以发现，其构造参数使用的是&&引用折叠，可以传左值/右值引用。

尝试一下：

cpp 复制代码 
void test(int& x, int& y)
{
    x += 100;
    y += 200;
}

int main()
{
    int a = 30;
    int b = 50;

    std::thread t1(test, a, b);

    t1.join();

    std::cout << "a = " << a << std::endl;
    std::cout << "b = " << b << std::endl;

    return 0;
}

这段代码无法正常运行，因为线程传参时，无法直接传引用，为什么？

不论是Linux还是Windows系统，创建多线程时，函数都只允许传入一个参数，比如Linux只允许传一个void*的变量。

但是C++封装后，允许传入多个值，最终一定要把这多个参数和函数封装在一个类内部，成为一个可调用对象(仿函数)，一起通过一个变量传给线程函数。

而C++为了确保线程拿到的参数是有效的，不会出现线程拿到参数后，参数被主线程销毁了等情况。不论是普通变量，引用还是指针，都会进行一次拷贝。

引用一旦经过拷贝，拷贝后的变量和拷贝前的变量，就不是一个变量了。所以此处传入引用会报错，在线程传参时，不能直接传引用。

但是指针不怕拷贝，指针拷贝后，依然指向原先的变量。该问题的解决策略有三个：

  1. 使用指针进行传址调用
  2. 使用引用包装器
  3. 使用lambda传引用

引用包装器：

引用包装器用于解决引用的拷贝问题，引用拷贝后依然是原先的变量。

引用包装器的原理如下：

cpp 复制代码 
template <typename T>
class reference_wrapper
{
public:
    // 构造函数，接受一个引用
    explicit reference_wrapper(T& ref)
        : _ptr(&ref)
    {}

    // 拷贝构造
    reference_wrapper(const reference_wrapper& other)
        : _ptr(other._ptr)
    {}

    operator T& () const
    {
        return *_ptr;
    }

private:
    T* _ptr;
};

引用包装器内部存储一个指针，当包装引用时，_ptr成员会存储引用的指针。当拷贝时，也是对指针进行拷贝，指针拷贝后，依然指向原先的变量。

最核心的是重载了operator T&，也就是隐式类型转化，此时引用包装器可以转化为一个T&引用，所以引用包装器可以当作引用来使用。

如果想要将一个引用包装起来，可以使用std::ref()函数，其返回一个引用的引用包装器。另外的，如果是const引用，则使用std::cref()。

对于刚才的线程问题，只需要在传递参数时用包装器包装一层即可：

cpp 复制代码 
std::thread t1(test, std::ref(a), std::ref(b));

结合lambda：

除了以上两种方式，也可以直接使用lambda的捕捉列表，以引用的形式捕捉变量：

cpp 复制代码 
int main()
{
    int a = 30;
    int b = 50;

    auto func = [&a, &b]() {
        a += 100;
        b += 200;
        };

    std::thread t1(func);

    t1.join();

    std::cout << "a = " << a << std::endl;
    std::cout << "b = " << b << std::endl;

    return 0;
}

lambda的直接捕捉，不用通过std::thread进行参数传递，所以就不会出现引用拷贝的问题。

mutex

既然要进行多线程并发编程，自然少不了线程安全的问题，<mutex>头文件内部，封装了各种锁，用于维护线程安全。

头文件内包含四种锁：

  1. mutex：互斥锁
  2. recursive_muetx：递归锁
  3. timed_mutex：时间锁
  4. recursive_timed_muetx：时间递归锁

以及两种基于ARII的加锁策略：

  1. lock_guard：作用域锁
  2. unique_lock：独占锁

mutex

mutex是最基础的互斥锁，可以对资源进行加锁解锁。

成员函数：

  • lock：加锁
  • unlock：解锁
  • try_lock：如果没上锁就加锁，上锁了就返回

可以看出，mutex的使用非常简单。

示例：

cpp 复制代码 
int num = 0;

void test(int n)
{
    for (int i = 0; i < n; i++)
    {
        num++;
    }
}

int main()
{
    std::mutex mtx;

    std::thread t1(test, 2000);
    std::thread t2(test, 2000);

    t1.join();
    t2.join();

    std::cout << "num = " << num << std::endl;

    return 0;
}

该代码中，两个线程一起对同一个num++，每个线程2000次，但是最后输出的num很有可能比2000少，因为num++不是原子性的。此时对其加锁：

cpp 复制代码 
int num = 0;

void test(int n, std::mutex& mtx)
{
    for (int i = 0; i < n; i++)
    {
        mtx.lock();
        num++;
        mtx.unlock();
    }
}

int main()
{
    std::mutex mtx;

    std::thread t1(test, 2000, std::ref(mtx));
    std::thread t2(test, 2000, std::ref(mtx));

    t1.join();
    t2.join();

    std::cout << "num = " << num << std::endl;

    return 0;
}

通过std::mutex mtx定义了一个名为mtx的锁，随后通过std::thread将锁作为参数传入线程，在每次num++前加锁，后释放锁。

timed_mutex

时间锁就是限定每次申请锁的时长，如果超过一定时间没有申请到锁，就返回。

成员函数：

  • lock：加锁
  • unlock：解锁
  • try_lock：如果没上锁就加锁，上锁了就返回
  • try_lock_until：如果到指定时间还没申请到锁就返回false，申请到锁返回true
  • try_lock_for：如果一段时间内没申请到锁就返回false，申请到锁返回true

通过之前的经验，可以猜出try_lock_until要传入一个time_point时间点，而try_lock_for要传入一个时间段duration。

以try_lock_for为例：

cpp 复制代码 
int num = 0;

void test(int n, std::timed_mutex& mtx)
{
    while (n)
    {
        bool ret = mtx.try_lock_for(std::chrono::microseconds(1));
        if (ret)
        {
            num++;
            n--;
            mtx.unlock();
        }
        else
        {
            std::cout << "加锁超时" << std::endl;
        }
    }
}

int main()
{
    std::timed_mutex mtx;

    std::thread t1(test, 2000, std::ref(mtx));
    std::thread t2(test, 2000, std::ref(mtx));

    t1.join();
    t2.join();

    std::cout << "num = " << num << std::endl;

    return 0;
}

此处每次申请锁不超过一微秒，如果try_lock_for返回true说明抢到锁了，进行num++，反之则输出加锁超时。

recursive_mutex

递归锁用于解决函数的递归造成的死锁，比如这样：

cpp 复制代码 
int num = 0;

void test(int n, std::mutex& mtx)
{
    if (n <= 0)
        return;

    mtx.lock();

    test(n - 1, mtx);

    mtx.unlock();
}

int main()
{
    std::mutex mtx;
    std::thread t1(test, 2000, std::ref(mtx));

    t1.join();
    std::cout << "num = " << num << std::endl;

    return 0;
}

函数test中会产生死锁，第一次递归对mtx加锁，第二次递归时由于自己已经占有锁了，再次申请锁就会阻塞，导致死锁。

递归锁就是用于解决这样的自己与自己造成的死锁局面。

cpp 复制代码 
int num = 0;

void test(int n, std::recursive_mutex& mtx)
{
    if (n <= 0)
        return;

    mtx.lock();

    test(n - 1, mtx);

    mtx.unlock();
}

int main()
{
    std::recursive_mutexmtx;
    std::thread t1(test, 2000, std::ref(mtx));

    t1.join();
    std::cout << "num = " << num << std::endl;

    return 0;
}

recursive_mutex与mutex的用法完全一致，以上代码中只需要把mutex换为recursive_mutex就可以避免死锁。

因为mutex.lock()时，如果申请不到锁，不论是谁占有这把锁，都会陷入阻塞，直到锁被释放。recursive_mutex则会记录是谁占有这把锁，在recursive_mutex.lock()时，会检查申请锁的线程和占有锁的线程是不是同一个，如果是同一个，则直接申请成功，因此可以避免递归死锁。

lock_guard

在使用锁的过程中，最忌讳的就是忘记解锁，这就会导致一个线程一直持有锁，其他线程无法访问到资源。但是难道每次用完锁后解锁，就可以保证锁被释放吗？

看到这个例子：

cpp 复制代码 
void test(int n, std::mutex& mtx)
{
    mtx.lock();
    // 抛异常
    mtx.unlock();
}

C++作为一门面向对象语言，带有异常机制，一旦抛出异常，就会直接结束函数栈帧，一直跳转到cache。以上代码中，如果抛异常了，那么mtx.unlock()根本就不会执行，导致锁没法释放。

因此C++引入了RAII机制来管理锁，利用对象的生命周期来实现加锁和解锁，原理如下：

cpp 复制代码 
template <typename mutex_type>
class LockGuard
{
public:
    LockGuard(mutex_type& lock)
        : _lk(lock)
    {
        _lk.lock();
    }

    ~LockGuard()
    {
        _lk.unlock();
    }

private:
    mutex_type& _lk;
};

void test(int n, std::mutex& mtx)
{
    LockGuard<std::mutex> guard(mtx);
    // 抛异常
}

LockGuard这个类，在构造时接受一个锁，随后加锁，在析构时自动解锁。那么加锁的时间就与对象的生命周期绑定了。而就算经过异常退出，对象也会正常析构，从而加锁。

标准库std::lock_guard就是这个原理，其接收一个锁类型的模板参数，在构造中调用lock，析构中调用unlock，完成对锁的自动管理。

cpp 复制代码 
void test(int n, std::mutex& mtx)
{
    std::lock_guard<std::mutex> guard(mtx);
    // 抛异常
}

使用了lock_guard后，就不用再自己手动解锁了。

unique_lock

lock_guard的可操作性很低，只有构造和析构两个函数，也就是只有自动释放锁的能力。而unique_lock功能更加丰富，而且可以自由操作锁。

unique_lock在构造时，可以传入一把锁，在构造的同时会对该锁进行加锁。在unique_lock析构时，判断当前的锁有没有加锁，如果加锁了就先释放锁，后销毁对象。

而在构造与析构之间，也就是整个unique_lock的生命周期，可以自由的加锁解锁：

  • lock：加锁
  • unlock：解锁
  • try_lock：如果没上锁就加锁，上锁了就返回
  • try_lock_until：如果到指定时间还没申请到锁就返回false，申请到锁返回true
  • try_lock_for：如果一段时间内没申请到锁就返回false，申请到锁返回true

提供了以上五个接口，也就是说可以作用于前面的任何一款锁。另外的unique_lcok还允许赋值operator=，调用赋值时，如果当前锁没有持有锁，那么直接拷贝。如果当前锁持有锁，那么把锁的所有权转移给新的unique_lcok，自己不再持有锁。

atomic

在多线程情况下要加锁，就是因为很多操作不是原子性的。但是有一些简单的操作，比如num++，每次都加锁解锁，性能必然会降低。因此C++又提供了原子库<atomic>，其实现了简单操作的原子化，一些简单的++、--等都实现了原子化，可以不加锁也没有线程安全，需要头文件<atomic>。

atomic

支持的类型如下：

  1. 可以通过简单的拷贝完成复制，而不需要调用构造函数与拷贝构造等
  2. 类型的大小不超过 std::atomic 的内部实现所支持的最大大小（通常是与机器字大小相同）

最常见的满足以上要求的类型就是内置类型，比如char，各种整型，浮点型，以及指针。

使用起来也很简单：

cpp 复制代码 
atomic<类型> 变量名;

这样即可定义一个原子的类型。

示例：

cpp 复制代码 
std::atomic<int> num = 0;

void test(int n)
{
    for (int i = 0; i < n; i++)
    {
        num++;
    }
}

int main()
{
    std::thread t1(test, 2000);
    std::thread t2(test, 2000);

    t1.join();
    t2.join();

    std::cout << "num = " << num << std::endl;

    return 0;
}

以上是一个多线程代码，但是我们并没有加锁，却是线程安全的，因为num是一个atomic<int> 类型的变量，num++是一个原子操作。

atomic类的成员函数如下：

首先就是实现了operator++和operator--，自增自减的操作是原子的。

再比如说fetch_add，用于实现对一个原子类型增加指定值，该过程也是原子的。

cpp 复制代码 
std::atomic<int> num = 3;
num.fetch_add(5);

以上代码完成了3 + 5的计算，且过程是原子性的，其余操作也是类似的：

  • fetch_add：原子性，增加指定的值
  • fetch_sub：原子性，减少指定的值
  • fetch_and：原子性，与指定值按位与
  • fetch_or：原子性，与指定值按位或
  • fetch_xor：原子性，与指定值按位异或

还有一些其它接口：

store用于设定原子类型为指定值：

cpp 复制代码 
std::atomic<int> num = 3;
num.store(100);

num.store(100)相当于num = 100，但是过程是原子性的。

load用于获取原子类型当前的值，也是原子的。

operator T是隐式类型转换，也就是从atomic<T>转化为T类型，此时就可以把原子类型当作一般类型来使用了，不过要注意的是，隐式转换后就是一般类型，不再具有原子性了！

CAS

C++之所以可以实现变量的原子操作，是基于CAS的原子操作，这是一个硬件级别的操作，其涉及三个操作数：

  1. 内存位置
  2. 预期值
  3. 更新值

操作流程为：读取内存位置的当前值，判断是否与预期值相等，如果相等，将其变为更新值，如果不相等，返回当前值。

比如在gcc编译器中，内置了函数__sync_bool_compare_and_swap，其用于进行CAS操作：

cpp 复制代码 
bool __sync_bool_compare_and_swap(type* ptr, type oldval, type newval);
  1. ptr：内存位置，指向要操作的变量
  2. oldval：预期值，即预计该变量原先的值
  3. newval：更新值，希望把这个变量设置的值

返回值：如果修改成功返回true，修改失败返回false。

比如通过CAS实现一个原子的自增：

cpp 复制代码 
while(__sync_bool_compare_and_swap(&x, x, x + 1) == false);

这样短短一行代码就可以实现原子自增，首先读取&x，获取x的地址，随后传入变量x的当前值，预期值传入x + 1，表示自增。

比如说在&x后读取到了x的当前值为5，的此时另一个线程打断了操作，修改x = 10。进入函数__sync_bool_compare_and_swap后，发现预期值 = 5，而当前x = 10，说明被其他线程修改了，直接返回false表示修改失败，进入下一轮while循环。

也就是说基于CAS实现的原子性，不是真的原子性，而是检测到在修改变量的过程中，有其它人来修改了变量，就终止操作防止线程安全错误。

这个函数在C/C++里面是没法直接使用的，而是内置在编译器中，这是因为这个函数绕过了操作系统，直接与处理器的指令交互，因为CAS操作要非常迅速，否则就会出现相互打断的问题。直接通过编译器与处理器的原子指令交互，比通过操作系统内核要快得多。

condition_variable

谈到锁，自然也要谈条件变量，这是线程同步的重要手段，C++将条件变量放在头文件<condition_variable>中。

condition_variable

condition_variable只有一个无参的构造函数，且删除了拷贝构造，不允许拷贝。

  • 等待：
  1. wait：进入条件变量的等待队列
  2. wait_for：进入条件变量的等待队列，一定时间后如果没有被唤醒，则不再等待返回false
  3. wait_until：进入条件变量的等待队列，到指定时间后如果没有被唤醒，则不再等待返回false

第一个wait需要传入一把锁unique_lock<mutex>，此处要求必须使用unique_lock<mutex>。而后续两个与时间相关的等待，分别要传入时间段duration和时间点time_point。至于为什么要传入一把锁，这属于并发编程的知识，就不在博客中讲解了。

  • 唤醒：
  1. notify_one：唤醒等待队列的第一个线程
  2. notify_all：唤醒等待队列的所有线程

示例：让两个线程从0 - 100，轮流输出奇数偶数。

cpp 复制代码 
int n = 0;
bool flag = true;

std::mutex mtx;
std::condition_variable cv; // 条件变量

void func(bool run) // run用于标识是否轮到当前线程输出
{
    while (n < 100)
    {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);

        while (flag != run) // 使用while代替if，防止伪唤醒
            cv.wait(lock);  // 没轮到当前线程，进入条件变量等待

        std::cout << n << std::endl;
        n++;
        flag = !flag;
        cv.notify_one();
    }
}

int main()
{
    std::thread t1(func, true);  // falg == true 输出偶数
    std::thread t2(func, false); // falg == false 输出奇数

    t1.join();
    t2.join();

    return 0;
}

这就是一个简单的，两个线程通过条件变量相互制约的案例，展示了condition_variable的基础用法。

再回到wait函数，wait的声明如下：

cpp 复制代码 
void wait (unique_lock<mutex>& lck);

template <class Predicate>
  void wait (unique_lock<mutex>& lck, Predicate pred);

其有两个重载，第一个只有一个参数，也就是我刚刚提到的只要传入一个unique_lock<mutex>。第二个重载允许传入第二个参数pred，这是一个可调用对象，用于作为条件变量的判断值。

wait的第二个参数要求是一个可调用对象，返回值类型伪bool，作用如下：

  • 返回true：表示条件成立，wait直接返回，不进入等待队列
  • 返回false：表示条件不成立，wait阻塞，进入等待队列直到被唤醒

在刚刚的案例中，以下语句负责控制条件变量：

cpp 复制代码 
while (flag != run)
	cv.wait(lock);

实际上在condition_variable中，无需这样写判断语句，而是可以通过可调用对象传入条件变量内部：

cpp 复制代码 
void func(bool run)
{
    auto cond_func = [&](){
        return flag == run;
        };

    while (n < 100)
    {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
        cv.wait(lock, cond_func);

        std::cout << n << std::endl;
        n++;
        flag = !flag;
        cv.notify_one();
    }
}

此处给wait函数第二个参数传入了一个lambda表达式cond_func，其返回一个bool值flag == run，当这个值为true说明轮到当前线程执行，也就是条件成立，当前线程不会进入等待队列。

另外的，在等待队列的线程被唤醒后，也会触发一次该函数的条件判断，防止伪唤醒。

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