探究在C++程序并发时保护共享数据的问题

探究在C++程序并发时保护共享数据的问题，是一项十分重要的任务。在多线程编程中，通过并发执行多个线程，可以充分利用计算机的多核处理能力，提高程序的执行效率。但同时，多个线程访问同一个共享数据时，就会带来数据竞争的问题，如果不加以保护，就会导致程序出现未定义的行为，例如崩溃、死锁等。

为了解决这个问题，C++中提供了多种保护共享数据的方法，以下是一些常用的攻略：

1. 使用互斥锁(Mutex)

互斥锁是一种保护共享数据的最常见方式，在多个线程访问同一个共享数据时，通过互斥锁来实现对数据的串行化访问，确保线程之间的互斥性。使用互斥锁的步骤通常如下：

（1）创建一个互斥锁对象

（2）在访问共享数据前使用锁(lock)操作来锁住互斥锁

（3）访问共享数据

（4）在访问完成后使用解锁(unlock)操作来释放互斥锁

以下是一个使用互斥锁保护共享数据的示例代码：

#include <mutex>

std::mutex mtx;

void add(int &x) {
    mtx.lock();
    x++;
    mtx.unlock();
}

int main() {
    int res = 0;
    std::thread t1(add, std::ref(res));
    std::thread t2(add, std::ref(res));
    t1.join(); t2.join();
    std::cout << "res = " << res << std::endl;
    return 0;
}

1. 使用读写锁(Reader-Writer Lock)

读写锁是一种特殊的互斥锁，允许有多个线程同时读取共享数据，但在有线程写入共享数据时，需要排他地持有锁。这种方式可以提高程序的并发性能，特别适用于对共享数据的读操作较多、写操作较少的情况。使用读写锁的步骤通常如下：

（1）创建一个读写锁对象

（2）在进行读操作前使用读锁(rdlock)操作来锁住读写锁

（3）进行读操作

（4）在读操作完成后使用解锁(unlock)操作来释放读写锁

（5）在进行写操作前使用写锁(wrlock)操作来锁住读写锁

（6）进行写操作

（7）在写操作完成后使用解锁(unlock)操作来释放读写锁

以下是一个使用读写锁保护共享数据的示例代码：

#include <shared_mutex>

std::shared_mutex mtx;

void add(int &x) {
    std::unique_lock<std::shared_mutex> lock(mtx);
    x++;
}

void read(const int &x) {
    std::shared_lock<std::shared_mutex> lock(mtx);
    std::cout << "x = " << x << std::endl;
}

int main() {
    int res = 0;
    std::vector<std::thread> threads(10);
    for (auto &t : threads) {
        if (t.id % 2 == 0) {
            t = std::thread(add, std::ref(res));
        } else {
            t = std::thread(read, std::cref(res));
        }
    }
    for (auto &t : threads) t.join();
    return 0;
}

以上就是保护共享数据的两种常用方法，其实还有其他的方式，例如信号量(semaphore)、原子操作等，需要根据具体的应用场景进行选择。