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如何使用C++進行高效率的並發程式設計？

王林

發布： 2023-08-26 16:32:00

原創

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如何使用C++進行高效率的並發程式設計？

如何使用C 進行高效率的同時程式設計？

引言：
隨著電腦系統的發展，多核心技術的普及，以及對高並發處理需求的增加，並發程式設計變得越來越重要。 C 是一門強大的程式語言，具備豐富的同時程式設計工具和函式庫。本文將介紹如何使用 C 進行高效的並發編程，並提供一些範例程式碼。

一、執行緒與執行緒管理：

建立執行緒：
C 11 引進了頭文件，透過std ::thread 類別可以輕鬆建立新執行緒。以下是建立執行緒的範例程式碼：

#include 
#include 

void myFunction() {
    std::cout << "This is a new thread." << std::endl;
}

int main() {
    std::thread t(myFunction);  // 创建一个新线程
    t.join();  // 主线程等待新线程执行完毕
    return 0;
}

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#執行緒管理：
std::thread 類別的實例可以join()或detach()，當呼叫join() 時，主執行緒會等待該執行緒執行完畢，而detach() 則會讓新執行緒在後台運行。以下是執行緒管理的範例程式碼：

#include 
#include 

void myFunction() {
    std::cout << "This is a new thread." << std::endl;
}

int main() {
    std::thread t(myFunction);  // 创建一个新线程
    t.detach();  // 将线程设置为后台运行
    // 主线程可以继续执行其他任务
    return 0;
}

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二、互斥鎖和條件變數：

互斥鎖：
互斥鎖（Mutex）用於保護共享資源，避免多個執行緒同時對資源進行存取而導致衝突。以下是互斥鎖的範例程式碼：

#include 
#include 
#include 

std::mutex mtx;  // 创建互斥锁

void myFunction() {
    mtx.lock();  // 加锁
    std::cout << "This is a critical section." << std::endl;
    mtx.unlock();  // 解锁
}

int main() {
    std::thread t1(myFunction);
    std::thread t2(myFunction);
    t1.join();
    t2.join();
    return 0;
}

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條件變數：
條件變數（Condition Variable）用於線程間的同步，可以阻塞一個線程，直到其他線程滿足某個條件才喚醒它。以下是條件變數的範例程式碼：

#include 
#include 
#include 
#include 

std::mutex mtx;  // 创建互斥锁
std::condition_variable cv;  // 创建条件变量
bool ready = false;  // 条件

void myFunction() {
    std::unique_lock ul(mtx);
    cv.wait(ul, []{ return ready; });  // 阻塞线程直到满足条件
    std::cout << "This is a new thread." << std::endl;
}

int main() {
    std::thread t(myFunction);
    {
        std::lock_guard lg(mtx);
        ready = true;
    }
    cv.notify_one();  // 唤醒等待条件的线程
    t.join();
    return 0;
}

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三、並發容器：
C 11 引入了多個並發容器來解決多執行緒存取共享資料的問題，其中包括std ::vector、std::map、std::queue 等。以下是使用並發容器的範例程式碼：

#include 
#include 
#include 

std::vector sharedVector;  // 共享容器
std::mutex mtx;  // 创建互斥锁

void producer() {
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        std::lock_guard lg(mtx);
        sharedVector.push_back(i);
    }
}

void consumer() {
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        std::lock_guard lg(mtx);
        if (!sharedVector.empty()) {
            std::cout << sharedVector.back() << std::endl;
            sharedVector.pop_back();
        }
    }
}

int main() {
    std::thread t1(producer);
    std::thread t2(consumer);
    t1.join();
    t2.join();
    return 0;
}

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結論：
使用 C 進行高效的並發程式設計是一項重要的技術要求。透過深入了解 C 的線程、互斥鎖、條件變數和並發容器，我們可以更好地處理多執行緒程式設計中的資料共享和同步問題，並提高程式的效能和效率。

參考資料：