C++ 多线程

作者likuolei

关键要点

  • C++ 多线程编程允许程序同时执行多个任务，提升效率，尤其在多核处理器上表现突出。
  • C++11 及后续版本提供了强大的多线程支持，如 std::thread 和 std::mutex，简化了开发。
  • 学习资源包括菜鸟教程、C语言中文网和博客文章，适合不同水平的学习者。

基础概念

C++ 多线程是指在一个程序中创建多个并发执行的线程，每个线程可以独立运行，共享进程资源（如内存和文件）。这在多核处理器上可以显著提高性能，但需要注意线程同步以避免数据竞争。

推荐资源

以下是适合初学者到高级开发者的中文学习资源：

  • 菜鸟教程：提供全面的 C++ 多线程指南，涵盖创建、同步和示例，适合初学者。
    URL: https://www.runoob.com/cplusplus/cpp-multithreading.html
  • C语言中文网：详细讲解 C++11 多线程，包括线程创建和管理，适合中级开发者。
    URL: https://c.biancheng.net/view/8638.html
  • 博客文章：如所念皆星河的博客（https://immortalqx.github.io/2021/12/04/cpp-notes-3/）和始终的博客（https://liam.page/2017/05/16/first-step-on-multithread-programming-of-cxx/），提供深入示例，适合高级用户。

视频学习

如果喜欢视频教程，可以在 Bilibili 或 YouTube 上搜索“C++ 多线程”，找到带中文讲解或字幕的资源。

详细讲解

本文旨在为用户提供关于 C++ 多线程编程的中文学习资源，涵盖基础教程、库工具和高级应用，满足不同学习需求。以下是基于 2025 年 7 月 10 日最新信息的详细分析和推荐。

背景与定义

C++ 多线程编程是指在一个程序中创建和管理多个并发执行的线程，允许程序同时执行多个任务。线程是操作系统调度的最小单位，共享进程资源（如地址空间、文件、堆和全局变量），但拥有独立的栈、寄存器和程序计数器。C++11 及后续标准引入了强大的多线程支持，包括 <thread>、<mutex>、<future>、<condition_variable> 和 <atomic> 等头文件，这些库使得多线程编程更加简单、安全和跨平台。

多线程编程在现代软件开发中至关重要，尤其在多核处理器普及的背景下，能够充分利用硬件资源提升性能。但同时也带来了挑战，如线程同步、死锁和数据竞争等问题。

资源分析与推荐

1. 基础教程：菜鸟教程
  • 内容概述：菜鸟教程（Runoob）提供了一篇关于 C++ 多线程的全面教程，适合初学者和中级开发者。教程涵盖了以下关键内容：
    • 线程定义：线程是轻量级执行单元，允许多任务处理，分为基于进程和基于线程两种形式。
    • C++11 多线程组件：包括 std::thread（创建和管理线程）、std::mutex（防止并发访问共享资源）、std::lock_guard 和 std::unique_lock（自动锁管理）、std::condition_variable（线程等待/通知协调）、std::future 和 std::promise（值传递和任务同步）。
    • 线程创建方法：支持函数指针、函数对象和 Lambda 表达式。例如：
      • 函数指针示例：输出“Hello from thread (function pointer)!” 5 次。
      • 函数对象示例：输出“Hello from thread (function object)!” 5 次。
      • Lambda 表达式示例：输出“Hello from thread (lambda)!” 5 次。
      • 编译命令：g++ -std=c++11 test.cpp。
    • 线程管理：join() 等待线程完成，detach() 使线程独立运行在后台，必须调用其中之一以避免程序崩溃。
    • 参数传递：值传递如 std::thread t(func, arg1, arg2);，引用传递需用 std::ref，如 std::thread t(increment, std::ref(num)); 增加 num 并输出“Value after increment: 1”。
    • 同步机制：
      • 互斥锁：std::mutex mtx; mtx.lock(); mtx.unlock();。
      • 锁管理：std::lock_guard 自动加锁/解锁，std::unique_lock 提供灵活控制。
      • 条件变量：std::condition_variable cv; cv.wait(lock, []{ return ready; }); cv.notify_one();。
      • 原子操作：std::atomic<int> count(0); count.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed); 确保线程安全增量，返回 2 后两个线程操作。
      • 线程本地存储：thread_local int threadData = 0; 每个线程有独立副本，示例输出“Thread data: 42”。
    • 死锁避免：建议按相同顺序请求资源、使用超时机制或实现死锁检测算法。
    • 线程通信：std::future 和 std::promise 示例设置值 10，f.get() 获取。
  • 适用人群：适合初学者和希望全面了解 C++ 多线程的开发者。
  • 访问地址：https://www.runoob.com/cplusplus/cpp-multithreading.html
2. C++11 标准详解：C语言中文网
  • 内容概述：C语言中文网提供了一篇专注于 C++11 多线程编程的详细讲解，内容包括：
    • 概述：C++11 引入了多线程支持，相关头文件包括 <thread>、<mutex>、<future>、<condition_variable> 和 <atomic>，可在 Linux 环境下与 POSIX <pthread.h> 结合使用。
    • 线程创建和使用：
      • <thread> 头文件提供 thread 类（位于 std 命名空间），用于线程创建。
      • 构造函数：template <class Fn, class... Args> explicit thread (Fn&& fn, Args&&... args) 执行函数 Fn 并传递参数 args；thread (thread&& x) noexcept 为移动构造函数，无拷贝构造函数。
      • 关键成员函数（表 1）：成员函数功能get_id()获取线程 IDjoinable()检查是否可调用 join()join()阻塞直到线程结束detach()分离线程独立执行swap()交换线程状态
      • this_thread 命名空间函数（表 2）：函数功能get_id()获取当前线程 IDyield()阻塞直到条件满足sleep_until()阻塞到特定时间sleep_for()阻塞指定时间
      • 示例：创建线程使用 threadFun1 和 threadFun2，join() 等待完成。
    • 线程同步：
      • 互斥锁：使用 <mutex> 头文件的 mutex 类，关键函数包括 lock() 和 unlock()。
        • 示例：两个线程访问变量 n，用互斥锁同步避免资源竞争。
      • 条件变量：使用 <condition_variable> 头文件的 condition_variable 和 condition_variable_any，常与 mutex（如 unique_lock）配合。
        • condition_variable_any 类函数（表 3）：成员函数功能wait()阻塞直到条件满足wait_for()带超时等待，自动加锁/解锁wait_until()等待到特定时间，自动加锁/解锁notify_one()通知一个等待线程notify_all()通知所有等待线程
        • 示例：四个线程等待条件，2 秒后由一个线程通知。
    • 相关链接：
      • C++11 移动构造函数详解：/view/7847.html
      • Linux 互斥锁实现线程同步：/thread/vip_8615.html
      • Linux 条件变量实现线程同步：/thread/vip_8617.html
  • 适用人群：适合希望深入理解 C++11 标准的开发者，特别是关注线程创建和同步细节。
  • 访问地址：https://c.biancheng.net/view/8638.html
3. 其他博客资源
  • 所念皆星河的博客：文章标题为“C++ 多线程编程（一）：std::thread的使用”，详细讲解了 std::thread 的使用，包括线程创建、参数传递和线程分离。内容适合初学者，强调并行和并发概念。
    • 访问地址：https://immortalqx.github.io/2021/12/04/cpp-notes-3/
  • 始终的博客：文章标题为“程序员的自我修养（五）：C++ 多线程编程初步”，从基础入手，提供了“Hello Multithread”示例，适合新手，强调线程库链接（如 Linux 上需链接 pthread 库）。
    • 访问地址：https://liam.page/2017/05/16/first-step-on-multithread-programming-of-cxx/
  • HJiahu’s Blog：提供了《C++ Concurrency in Action》第二版的中文阅读笔记，涵盖了 C++11 到 C++17 的并发编程内容，包括并行算法、原子操作和线程安全，适合高级用户。
    • 访问地址：https://yearn.xyz/posts/reads/concurrency_in_action_2ed/
4. 视频资源

虽然直接搜索“C++ 多线程中文讲解 视频”未在顶部结果中找到视频链接，但用户可以自行在 Bilibili 或 YouTube 上搜索“C++ 多线程”相关视频。这些平台上有大量的中文编程教程视频，许多都包含了多线程编程的内容，适合喜欢视觉化学习的用户。

适用场景与建议

  • 初学者：从菜鸟教程开始，掌握 C++ 多线程的基本概念和使用方法，如线程创建、同步和示例。
  • 中级开发者：参考 C语言中文网的 C++11 多线程详解，深入理解线程管理（如 join() 和 detach()）和同步机制（如互斥锁和条件变量）。
  • 高级开发者：阅读 HJiahu’s Blog 的阅读笔记，学习 C++11 到 C++17 的并发编程高级特性，如并行算法和原子操作。

结论

以上资源涵盖了 C++ 多线程编程的中文讲解需求，从基础教程到高级库和示例，满足不同学习阶段的用户。推荐根据个人水平选择合适资源，初学者可从菜鸟教程入手，中高级用户可参考 C语言中文网和 HJiahu’s Blog。

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