C++并发编程初探

随着计算机硬件性能的不断提升，人们对于多核处理的需要也越来越强烈。同时，现代操作系统也提供了越来越完善的并发编程支持，这使得并发编程成为了编程领域中不可或缺的一部分。在这个背景下，C++作为一门广泛使用的高性能编程语言，也提供了许多强大的并发编程工具和库。

本文将介绍一些基本的C++并发编程概念和技术，并通过简单的示例代码来展示它们的使用。

多线程基础

多线程是一种常用的并发编程模型，它允许程序同时执行多条指令流。在C++中，多线程编程可以通过标准库中的<thread>头文件来完成。下面是一个简单的使用多线程的示例代码：

#include <iostream>
#include <thread>

void hello() {
    std::cout << "Hello" << std::endl;
}

int main() {
    std::thread t(hello);
    t.join();
    return 0;
}

该代码定义了一个名为hello的函数，该函数会输出字符串"Hello"。在main函数中，程序创建了一个新的线程t，并将hello函数作为该线程的执行函数。t.join()语句等待该线程执行结束后再退出程序。

互斥锁

由于多线程同时执行，可能会同时访问相同的共享资源。这时候就需要一种机制来保证对于任意时刻，只有一个线程可以访问该共享资源。这种机制就是互斥锁。

在C++中，可以使用标准库中的<mutex>头文件来实现互斥锁。下面是一个简单的使用互斥锁的示例代码：

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

std::mutex m;
int sum = 0;

void add() {
    m.lock();
    sum += 1;
    m.unlock();
}

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

该代码定义了一个名为add的函数，该函数会将全局变量sum加1。在main函数中，程序创建了两个新线程t1和t2，并将add函数作为它们的执行函数。由于sum是一个共享资源，因此在add函数中使用了互斥锁m保证对sum的访问是线程安全的。

原子操作

原子操作是一种特殊的操作，它可以在不加锁的情况下对共享资源进行更新或读取。在C++中，可以使用标准库中的<atomic>头文件来实现原子操作。下面是一个简单的使用原子操作的示例代码：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <atomic>

std::atomic<int> sum(0);

void add() {
    sum += 1;
}

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

该代码定义了一个名为sum的原子变量，它的初始值为0。在add函数中，使用了原子操作sum += 1将sum的值加1。在main函数中，程序创建了两个新线程t1和t2，并将add函数作为它们的执行函数。由于sum是一个原子变量，因此原子操作sum += 1可以保证线程安全。

总结

本文介绍了C++中的并发编程基础知识，包括多线程、互斥锁和原子操作。当然，C++提供的并发编程工具和库远不止这些，例如条件变量、信号量、线程池等等。在实际项目中，选择合适的并发编程工具和库对于保证程序的正确性、提高程序性能和可维护性都有着重要的意义。