C++11线程、互斥量以及条件变量示例详解

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什么是C++11线程、互斥量以及条件变量？

C++11是C++语言的标准之一，其中包含了多线程编程的支持。C++11中提供了std::thread类来创建和管理线程，同时还定义了std::mutex和std::condition_variable来支持线程之间的同步和互斥。

当多个线程同时访问同一资源时，会出现资源竞争的情况。为了避免资源竞争，需要使用互斥量来控制对资源的访问。条件变量则用于协调线程之间的时间顺序和防止不必要的等待。

示例1：使用互斥量实现线程之间的同步和互斥

下面是示例代码：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>

using namespace std;

mutex mtx; // 全局互斥量

void print(char ch){
    mtx.lock();
    for (int i = 0; i < 5; ++i){
        cout << ch;
        this_thread::sleep_for(chrono::milliseconds(100));
    }
    cout << endl;
    mtx.unlock();
}

int main(){
    cout << "Start..." << endl;

    thread t1(print, 'A');
    thread t2(print, 'B');

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

    cout << "End..." << endl;

    return 0;
}

上面的程序创建了两个线程t1和t2，其中t1和t2都调用了print函数来输出指定的字符。

整个程序的执行过程如下：

1. 程序开始执行，输出“Start...”
2. t1和t2线程分别开始执行，t1输出5个‘A’，t2输出5个‘B’
3. 程序等待t1和t2线程执行完成
4. 程序输出“End...”

注意，为了同步访问共享资源cout，我们使用了mtx互斥量来控制对共享资源的访问。

示例2：使用条件变量实现线程之间的协作和防止不必要的等待

下面是示例代码：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>

using namespace std;

mutex mtx; // 全局互斥量
condition_variable cv; // 全局条件变量
bool ready = false; // 全局标记位

void print(char ch){
    unique_lock<mutex> lock(mtx); // 所有操作前需要先获取锁
    while (!ready){ // 等待条件成立
        cv.wait(lock);
    }
    for (int i = 0; i < 5; ++i){
        cout << ch;
        this_thread::sleep_for(chrono::milliseconds(100));
    }
    cout << endl;
    ready = false;
    cv.notify_one(); // 通知一个正在等待的线程
}

int main(){
    cout << "Start..." << endl;

    thread t1(print, 'A');
    thread t2(print, 'B');

    this_thread::sleep_for(chrono::milliseconds(500));
    ready = true; // 设置条件成立

    cv.notify_one(); // 通知一个正在等待的线程

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

    cout << "End..." << endl;

    return 0;
}

上面的程序创建了两个线程t1和t2，其中t1和t2都调用了print函数来输出指定的字符。

整个程序的执行过程如下：

1. 程序开始执行，输出“Start...”
2. 两个线程t1和t2同时等待条件ready成立
3. 主线程等待500ms后设置标记位ready=true，同时通知一个正在等待的线程
4. t1和t2线程中只有一个线程（根据系统调度情况）被唤醒，输出5个指定字符
5. 重复第2-4步，直到t1和t2线程全部执行完成
6. 程序输出“End...”

注意，在示例2中，我们使用了condition_variable来协调线程之间的时间顺序和防止不必要的等待。在等待条件ready时，线程会进入等待状态，并释放已经获取的锁，直到条件ready成立时再重新获取锁并继续执行。在设置ready=true时，我们需要通知一个正在等待的线程，确保等待的线程可以继续执行。

以上就是关于“C++11线程、互斥量以及条件变量”的完整攻略，希望可以帮助到您。