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随着计算机硬件的发展，现代计算机通常配备了多核处理器，为并发编程提供了硬件基础。C++11引入了一组强大的多线程库，使得开发多线程应用程序变得更加容易和安全。本篇内容将详细介绍C++11的多线程基础、线程管理和同步机制（互斥量与条件变量），帮助掌握C++中的多线程编程技术。
C++11多线程基础
C++11标准库引入了多线程支持，提供了 ‘std::thread‘ 类用于创建和管理线程。使用 ‘std::thread‘ 类可以轻松地创建新线程并在其中执行代码。
创建线程
创建线程最基本的方式是将一个函数传递给 ‘std::thread‘ 构造函数。下面是一个简单的示例，演示了如何创建和启动一个线程：
#include <iostream>
#include <thread>
void printMessage() {
std::cout << "Hello from thread!" << std::endl;
}
int main() {
std::thread t(printMessage);
// 等待线程完成
t.join();
return 0;
}在这段代码中，我们定义了一个名为 ‘printMessage‘ 的函数，并将其传递给 ‘std::thread‘ 构造函数来创建线程。使用 ‘t.join()‘ 方法等待线程完成执行。
传递参数
可以通过构造函数将参数传递给线程函数，例如：
#include <iostream>
#include <thread>
void printMessage(const std::string& message) {
std::cout << message << std::endl;
}
int main() {
std::string msg = "Hello from thread with parameters!";
std::thread t(printMessage, msg);
t.join();
return 0;
}在这段代码中，我们将一个字符串参数传递给 ‘printMessage‘ 函数，并在线程中打印该消息。
线程管理
线程管理包括线程的创建、同步和销毁。C++11标准库提供了多种工具来帮助管理线程。
分离线程
可以使用 ‘detach()‘ 方法将线程与主线程分离，允许线程在后台运行，例如：
#include <iostream>
#include <thread>
void backgroundTask() {
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));
std::cout << "Background task completed." << std::endl;
}
int main() {
std::thread t(backgroundTask);
t.detach();
std::cout << "Main thread continues to run..." << std::endl;
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(3));
return 0;
}在这段代码中，我们使用 ‘detach()‘ 方法分离线程，使其在后台运行，而主线程继续执行。
线程同步
线程同步是确保多个线程安全地访问共享资源的关键。C++11提供了多种同步机制，如互斥量（mutex）和条件变量（condition variable）。
互斥量与条件变量
互斥量和条件变量是同步多个线程访问共享资源的基本工具。
互斥量
互斥量（mutex）用于保护共享资源，确保同一时间只有一个线程可以访问资源。C++11提供了 ‘std::mutex‘ 类来实现互斥量。
#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
std::mutex mtx;
void printNumbers(int start, int end) {
std::lock_guard<std::mutex> guard(mtx);
for (int i = start; i <= end; ++i) {
std::cout << i << " ";
}
std::cout << std::endl;
}
int main() {
std::thread t1(printNumbers, 1, 5);
std::thread t2(printNumbers, 6, 10);
t1.join();
t2.join();
return 0;
}在这段代码中，我们使用 ‘std::mutex‘ 保护共享资源，并使用 ‘std::lock_guard‘ 自动管理互斥量的锁定和解锁。
条件变量
条件变量（condition variable）用于在线程之间同步事件。C++11提供了 ‘std::condition_variable‘ 类来实现条件变量，例如：
#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
bool ready = false;
void printNumbers(int id) {
std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
cv.wait(lock, [] { return ready; });
std::cout << "Thread " << id << " is running." << std::endl;
}
void setReady() {
std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
ready = true;
cv.notify_all();
}
int main() {
std::thread t1(printNumbers, 1);
std::thread t2(printNumbers, 2);
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
setReady();
t1.join();
t2.join();
return 0;
}在这段代码中，我们使用 ‘std::condition_variable‘ 在线程之间同步事件。‘cv.wait(lock, [] { return ready; })‘ 用于等待条件满足，而 ‘cv.notify_all()‘ 用于通知所有等待线程条件已满足。
总结
多线程与并发是C++编程中的重要概念，通过合理使用多线程技术，可以显著提高程序的性能和响应速度。C++11引入了一组强大的多线程库，使得多线程编程变得更加容易和安全。本篇内容详细介绍了C++11多线程基础、线程管理以及同步机制（互斥量与条件变量），希望通过这些内容，你能更好地掌握C++多线程编程技术，为编写高效、可靠的并发程序打下坚实的基础。
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