c++11并发语法初步

目录

• c++11并发语法初步
  • C++11多线程头文件
  • 多线程的Hello World
  • 互斥量
  • std::condition_variable
  • std::async, std::future 线程返回值

c++11并发语法初步

参考:

http://www.javashuo.com/article/p-fofmzcap-hk.html

https://en.cppreference.com/w/

https://wizardforcel.gitbooks.io/cpp-11-faq/content/77.html

http://www.cplusplus.com/reference/

C++11多线程头文件

C++11 新标准中引入了四个头文件来支持多线程编程，他们分别是 , , , 和 。

• ：该头文主要声明了两个类, std::atomic 和 std::atomic_flag，另外还声明了一套 C 风格的原子类型和与 C 兼容的原子操做的函数。
• ：该头文件主要声明了 std::thread 类，另外 std::this_thread 命名空间也在该头文件中。
• ：该头文件主要声明了与互斥量(mutex)相关的类，包括 std::mutex 系列类，std::lock_guard, std::unique_lock, 以及其余的类型和函数。
• ：该头文件主要声明了与条件变量相关的类，包括 std::condition_variable 和 std::condition_variable_any。
• ：该头文件主要声明了 std::promise, std::package_task 两个 Provider 类，以及 std::future 和 std::shared_future 两个 Future 类，另外还有一些与之相关的类型和函数，std::async() 函数就声明在此头文件中。

多线程的Hello World

#include <bits/stdc++.h>
#include <thread>

using namespace std;

void function_name() {
    cout << "hello world" << endl;
}

int main()
{
    std::thread t(function_name);
    t.join();

    return 0;
}

std::thread 构造

• (1). 默认构造函数，建立一个空的 thread 执行对象。
• (2). 初始化构造函数，建立一个 thread对象，该 thread对象可被 joinable，新产生的线程会调用 fn 函数，该函数的参数由 args 给出。
• (3). 拷贝构造函数(被禁用)，意味着 thread 不可被拷贝构造。
• (4). move 构造函数，move 构造函数，调用成功以后 x 不表明任何 thread 执行对象。

注意：可被 joinable 的 thread 对象必须在他们销毁以前被主线程 join 或者将其设置为 detached.

其余函数

get_id	获取线程ID
joinable	检查线程是否能够join
join	join线程
detach	detach线程
swap	swap线程
native_handle	返回native_handle
hardware_concurrency[static]	检查硬件并发性

参考：https://en.cppreference.com/w/cpp/thread/thread/thread

#include <iostream>
#include <utility>
#include <thread>
#include <chrono>
 
void f1(int n)
{
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        std::cout << "Thread 1 executing\n";
        ++n;
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));
    }
}
 
void f2(int& n)
{
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        std::cout << "Thread 2 executing\n";
        ++n;
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));
    }
}
 
class foo
{
public:
    void bar()
    {
        for (int i = 0; i < 5; ++i) {
            std::cout << "Thread 3 executing\n";
            ++n;
            std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));
        }
    }
    int n = 0;
};
 
int main()
{
    int n = 0;
    foo f;
    std::thread t1; // t1 is not a thread
    std::thread t2(f1, n + 1); // pass by value
    std::thread t3(f2, std::ref(n)); // pass by reference
    std::thread t4(std::move(t3)); // t4 is now running f2(). t3 is no longer a thread
    std::thread t5(&foo::bar, &f); // t5 runs foo::bar() on object f
    t2.join();
    t4.join();
    t5.join();
    std::cout << "Final value of n is " << n << '\n';
    std::cout << "Final value of foo::n is " << f.n << '\n';
}

Thread 1 executing
Thread 2 executing
Thread 3 executing
Thread 3 executing
Thread 1 executing
Thread 2 executing
Thread 2 executing
Thread 3 executing
Thread 1 executing
Thread 3 executing
Thread 2 executing
Thread 1 executing
Thread 3 executing
Thread 1 executing
Thread 2 executing
Final value of n is 5
Final value of foo::n is 5

std::thread t5(&foo::bar, &f); // t5 runs foo::bar() on object f

保留疑惑，函数名便是地址，加&仍是地址，可是看别人怎么写。

move (1)	thread& operator= (thread&& rhs) noexcept;
copy [deleted] (2)	thread& operator= (const thread&) = delete;

• (1). move 赋值操做，若是当前对象不可 joinable，须要传递一个右值引用(rhs)给 move 赋值操做；若是当前对象可被 joinable，则 terminate() 报错。
• (2). 拷贝赋值操做被禁用，thread 对象不可被拷贝。

互斥量

Mutex 系列类(四种)

• std::mutex，最基本的 Mutex 类。
• std::recursive_mutex，递归 Mutex 类。
• std::time_mutex，定时 Mutex 类。
• std::recursive_timed_mutex，定时递归 Mutex 类。

Lock 类（两种）

• std::lock_guard，与 Mutex RAII 相关，方便线程对互斥量上锁。
• std::unique_lock，与 Mutex RAII 相关，方便线程对互斥量上锁，但提供了更好的上锁和解锁控制。

其余类型

• std::once_flag
• std::adopt_lock_t
• std::defer_lock_t
• std::try_to_lock_t

函数

• std::try_lock，尝试同时对多个互斥量上锁。
• std::lock，能够同时对多个互斥量上锁。
• std::call_once，若是多个线程须要同时调用某个函数，call_once 能够保证多个线程对该函数只调用一次。

并发最大的问题就是对临界区资源的访问，主要是经过互斥量上锁的方法解决。

http://www.cplusplus.com/reference/mutex/mutex/try_lock/ 具体细节看库便可,下面解析一些常见的

主要用unique_lock，在构造函数上锁，在析构函数解锁，第一个参数为互斥量，第二个是可选

• std::adopt_lock_t
• std::defer_lock_t
• std::try_to_lock_t

https://en.cppreference.com/w/cpp/thread/lock_tag

#include <bits/stdc++.h>

using namespace std;

int main()
{

    std::mutex my_mutex;
    std::unique_lock<std::mutex> lock(my_mutex);

    ///表示这个互斥量已经lock成功了，通知构造函数不用在lock了，
    my_mutex.lock();    ///必须先lock才能用
    std::unique_lock<std::mutex> lock1(my_mutex, std::adopt_lock);

    ///后面会本身unlock()


    ///============================
    ///尝试锁，没锁成功不阻塞, 前提互斥量不能被锁定
    std::unique_lock<std::mutex> lock2(my_mutex, std::try_to_lock);
    if(lock.owns_lock()) {
        ///拿到了锁头

    } else {
        ///没有拿到锁头
    }

    ///============================
    ///我没加锁，后面手动锁，方便调用函数, 前提互斥量不能被锁定
    std::unique_lock<std::mutex> lock3(my_mutex, std::defer_lock);
    lock3.lock();   ///加锁

    lock3.unlock(); ///不加锁

    if(lock3.try_lock() == true) {
        ///拿到锁头了
    } else {
        ///没拿到

    }

    ///释放互斥量
    std::mutex *m = lock3.release();

    return 0;
}

std::condition_variable

一个线程等待另外一个线程条件知足

void function_name() {
    unique_lock<mutex> lock(mutex1);

    ///能往下走，确定互斥量默认被锁了，到wait。
    ///第二个参数可选，没写默认false。true为不堵塞，继续走。
    ///若是是false卡在这等待其余线程的con.notify_one()的函数
    ///注意notify_one的时候必须卡在wait的地方，不然唤醒失败
    ///notify_all()
    
    con.wait(lock, [] () {
        if(true) {
            return true;
        }
        return false;
    });
}

std::async, std::future 线程返回值

std::async启动一个异步任务后，返回一个std::future访问异步操做结果的机制

#include <bits/stdc++.h>
#include <future>

using namespace std;

int mythread() {
    cout << "mythread = " << this_thread::get_id() << endl;
    return 5;
}

int main () {

    cout << "main = " << this_thread::get_id() << endl;
    ///压根没建立子线程，在主线程中作，视乎默认是这个
    std::future<int>ret = std::async(std::launch::deferred, mythread);
  ///async 新线程在这里开始
    std::future<int>ret = std::async(std::launch::async, mythread);
    cout << ret.get();  ///卡在这里等结果
    return 0;
}

用packaged_task打包线程，就多了一个能够返回结果的future接口

#include <bits/stdc++.h>
#include <future>
#include <thread>
using namespace std;
int mythread() {
    cout << "mythread = " << this_thread::get_id() << endl;
    return 5;
}
int main () {
    ///std::packaged_task 打包可调用对象
    std::packaged_task<int()>mypt(mythread);
    std::thread t1(std::ref(mypt));
    t1.join();

    std::future<int>res = mypt.get_future();
    return 0;
}

后续就能够这么用

///
    vector<std::std::packaged_task<int()>> vec;
    ///不用移动语义可能会出问题
    vec.push_back(std::move(mypt));