C++并发编程：如何利用多核CPU实现并发？

C++ 并发编程通过创建线程、互斥锁和条件变量来充分利用多核 CPU 的优势。创建线程允许任务并行执行。互斥锁充当锁，确保共享数据不会被多个线程同时访问，从而避免数据损坏。条件变量用于通知线程特定条件已满足，并与互斥锁配合使用以防止线程继续执行直到条件满足。

C++ 并发编程：解锁多核 CPU

前言

现代 CPU 通常具有多个核心，通过充分利用这些核心，我们可以在并行执行任务时显着提高代码效率。C++ 提供了各种并发编程工具，使程序员能够轻松创建可以同时执行多个任务的应用程序。

创建线程

创建线程是表示并发的基本构造块。在 C++ 中，可以使用 std::thread 类创建新线程。它接受一个可调用对象作为参数，该对象指定在单独的线程中执行的任务。

#include 
#include 

void hello_world() {
  std::cout << "Hello, world!" << std::endl;
}

int main() {
  std::thread thread1(hello_world);
  thread1.join();

  return 0;
}

在上面的代码中，hello_world() 函数是一个可调用对象，它只需向控制台打印一条消息。std::thread 构造函数创建一个新线程并执行可调用对象。thread1.join() 阻塞主线程，直到新线程完成。

互斥锁

线程并发访问共享数据时，互斥锁非常重要。它们充当锁，防止多个线程同时访问关键部分，从而避免数据损坏。在 C++ 中，可以使用 std::mutex 类创建互斥锁。

#include 
#include 
#include 

std::mutex m;  // 全局互斥锁

void increment(int& counter) {
  std::lock_guard lock(m);  // 获取互斥锁
  ++counter;
}

int main() {
  int counter = 0;

  std::thread thread1(increment, std::ref(counter));
  std::thread thread2(increment, std::ref(counter));

  thread1.join();
  thread2.join();

  std::cout << "Final counter value: " << counter << std::endl;

  return 0;
}

在这个示例中，increment() 函数对共享变量 counter 进行递增。我们使用 std::lock_guard 来获取互斥锁，确保只有一个线程可以同时执行关键部分。这种机制确保两个线程不会同时递增 counter，从而避免数据竞争。

条件变量

条件变量用于通知线程特定条件已满足。它们与互斥锁一起使用，以确保线程在满足条件之前不会继续执行。在 C++ 中，可以使用 std::condition_variable 类创建条件变量。

#include 
#include 
#include 
#include 

std::mutex m;  // 全局互斥锁
std::condition_variable cv;  // 全局条件变量
bool ready = false;  // 共享布尔标志

void producer() {
  std::lock_guard lock(m);  // 获取互斥锁
  ready = true;                       // 设置共享标志为 true
  cv.notify_one();                   // 通知一个等待的线程
}

void consumer() {
  std::unique_lock lock(m);  // 获取互斥锁（并锁定它）
  while (!ready)                        // 等待共享标志为 true
    cv.wait(lock);                     // 释放互斥锁并等待
}

int main() {
  std::thread producer_thread(producer);
  std::thread consumer_thread(consumer);

  producer_thread.join();
  consumer_thread.join();

  return 0;
}

在此示例中，我们使用条件变量来协调生产者和消费者线程之间的交互。producer() 函数设置共享标志 ready 为 true 并通知消费者线程。consumer() 函数通过等待条件变量来等待共享标志为 true，然后继续执行。