嵌入式软件工程师-嵌入式系统开发-C++编程_多线程编程.docx

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C++多线程编程基础

1C++多线程概念与优势

在C++中，多线程编程允许程序同时执行多个任务，每个任务在一个独立的线程中运行。线程是进程中的一个执行单元，共享相同的内存空间。多线程可以显著提高程序的执行效率，特别是在多核处理器的环境中。它能够充分利用硬件资源，实现并发执行，从而减少程序的总体执行时间。

1.1优势

资源利用率：多线程可以充分利用多核处理器的计算能力，提高CPU的利用率。

响应性：在GUI应用中，多线程可以确保用户界面的响应性，即使在执行耗时操作时。

并发执行：多线程允许程序同时处理多个任务，如网络请求、文件读写和计算密集型任务。

代码复用：线程可以共享进程的资源和数据，减少代码的重复。

2线程的创建与管理

在C++中，线程的创建和管理主要通过thread库来实现。这个库提供了std::thread类，用于创建和控制线程。

2.1创建线程

创建线程的基本步骤如下：

定义线程对象：使用std::thread类创建一个线程对象。

传递函数：将要在线程中执行的函数作为构造函数的参数。

启动线程：线程在创建时自动启动。

等待线程结束：使用join()函数等待线程执行完毕。

2.1.1示例代码

#includeiostream

#includethread

//定义线程函数

voidthreadFunction()

{

std::cout线程函数正在执行...std::endl;

}

intmain()

{

//创建线程

std::threadt(threadFunction);

//等待线程结束

t.join();

std::cout主线程继续执行...std::endl;

return0;

}

2.2管理线程

除了创建线程，还需要能够管理线程的生命周期，包括：

分离线程：使用detach()函数将线程从主线程分离，线程会独立运行直到完成。

线程同步：使用互斥锁（std::mutex）、条件变量（std::condition_variable）等同步机制来控制线程的并发访问。

线程取消：使用std::thread::request_stop或std::stop_token来请求线程停止。

2.2.1示例代码：线程同步

#includeiostream

#includethread

#includemutex

std::mutexmtx;//创建互斥锁

voidthreadFunction()

{

std::lock_guardstd::mutexlock(mtx);//自动加锁和解锁

std::cout线程函数正在执行...std::endl;

}

intmain()

{

std::threadt(threadFunction);

//等待线程结束

t.join();

std::lock_guardstd::mutexlock(mtx);

std::cout主线程继续执行...std::endl;

return0;

}

在这个例子中，std::mutex和std::lock_guard用于确保线程函数和主线程中的输出操作不会同时发生，避免了输出混乱。

2.3线程取消

取消线程通常需要线程本身能够响应取消请求。在C++17中，引入了std::stop_token和std::stop_source来帮助实现线程取消。

2.3.1示例代码：线程取消

#includeiostream

#includethread

#includestop_token

voidthreadFunction(std::stop_tokenstoken)

{

while(!stoken.stop_requested())

{

std::cout线程正在运行...std::endl;

std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));

}

std::cout线程收到取消请求，正在退出...std::endl;

}

intmain()

{

std::stop_sourcesource;

std::stop_tokentoken=source.get_token();

std::threadt(threadFunction,token);

std::this_thread::slee