一、基本介绍
传统的C++(C++11之前)中并没有引入线程这个概念,在C++11出来之前,如果我们想要在C++中实现多线程,需要借助操作系统平台提供的API,比如Linux的<pthread.h>,或者windows下的<windows.h> 。
C++11提供了语言层面上的多线程,包含在头文件<thread>中。它解决了跨平台的问题,提供了管理线程、保护共享数据、线程间同步操作、原子操作等类
。
二、实现方式
C++11标准库中的<thread>
库:
C++11引入了对多线程的原生支持,可以通过std::thread
类来创建和管理线程。
cpp
#include <thread>
#include <iostream>
void hello() {
std::cout << "Hello from thread" << std::endl;
}
int main() {
std::thread t(hello);
t.join();
return 0;
}
C++11标准库中的<future>
库:
std::future
和std::async
可以用来异步地获取线程的执行结果。
cpp
#include <future>
#include <iostream>
int compute() {
return 42;
}
int main() {
std::future<int> result = std::async(std::launch::async, compute);
std::cout << "The result is " << result.get() << std::endl;
return 0;
}
C++11标准库中的<mutex>
库:
用于线程同步,包括互斥锁(std::mutex
)、递归锁(std::recursive_mutex
)、时间锁(std::timed_mutex
)、共享锁(std::shared_mutex
)等。
cpp
#include <mutex>
#include <iostream>
std::mutex mtx;
int counter = 0;
void increment() {
std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
++counter;
}
int main() {
std::thread t1(increment);
std::thread t2(increment);
t1.join();
t2.join();
std::cout << "Counter: " << counter << std::endl;
return 0;
}
C++11标准库中的<condition_variable>
库:
用于线程间的同步,允许一个或多个线程等待特定条件的发生。
cpp
#include <iostream>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
bool ready = false;
void print_id(int id) {
std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
while (!ready) { cv.wait(lock); }
std::cout << "Thread " << id << '\n';
}
void go() {
std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
ready = true;
cv.notify_all();
}
int main() {
std::thread threads[10];
// 启动10个线程
for (int i = 0; i < 10; ++i)
threads[i] = std::thread(print_id, i);
std::cout << "10 threads ready to race...\n";
go(); // 准备开始
for (auto& th : threads) th.join();
}
C++20中的协程:
C++20引入了协程,提供了一种更高级的异步编程模型。
cpp
#include <iostream>
#include <coroutine>
#include <thread>
generator<int> GetNumbers() {
for (int i = 0; i < 5; ++i) {
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
co_yield i;
}
}
int main() {
for (auto n : GetNumbers()) {
std::cout << n << std::endl;
}
return 0;
}
使用第三方库:
如Boost库中的线程库(boost::thread
),提供了在C++11之前实现多线程的方法。
cpp
#include <boost/thread.hpp>
#include <iostream>
void hello() {
std::cout << "Hello from Boost thread" << std::endl;
}
int main() {
boost::thread t(hello);
t.join();
return 0;
}
操作系统级别的线程库:
如Windows的WinAPI中的线程函数(CreateThread
)或POSIX线程(pthreads)。
cpp
// POSIX threads example
#include <pthread.h>
#include <iostream>
void* hello(void* arg) {
std::cout << "Hello from POSIX thread" << std::endl;
return NULL;
}
int main() {
pthread_t thread;
pthread_create(&thread, NULL, hello, NULL);
pthread_join(thread, NULL);
return 0;
}