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c++：线程（std::thread）

news 2025/4/26 21:30:36

从第一性原理出发：为什么需要线程？

✅ 本质定义：

📌 使用基本语法：

线程之间的“并发”与“并行”的区别

线程安全与数据竞争（Race Condition）

如何让线程“安全地”访问数据？

完整示例：使用线程加速加法

从第一性原理出发：为什么需要线程？

想象一下：

你有一个程序，它要做很多事，比如：

下载文件
处理图片
打印日志
响应用户输入如果这些任务按顺序来（单线程），那用户体验就会很差：比如下载还没完，界面就卡住了。

第一性问题来了：

能不能让程序同时做多件事，而不是排队一个个来？

能！用线程！

✅ 本质定义：

线程（Thread）是程序内部能并发执行的最小单位。

线程 = 程序里可以独立并发执行的一段任务。

一个程序至少有一个线程（主线程），你可以再创建多个线程来同时执行不同的代码块。

📌 使用基本语法：

#include <thread>

std::thread 类就是 C++ 提供的“创建和管理线程”的工具。

#include <iostream>
#include <thread>void work() {std::cout << "工作线程正在运行\n";
}int main() {std::thread t(work);  // 创建一个线程执行 work()t.join();             // 等待这个线程执行完std::cout << "主线程结束\n";
}

解释：

std::thread t(work);：创建了一个“工人线程”，去执行函数 work
t.join();：告诉主线程“等工人做完再走”
最后主线程输出“主线程结束”

创建线程的三种方式：

方法	示例
传函数名（函数指针）	`std::thread t(func);`
传 lambda 表达式	`std::thread t([](){ ... });`
传函数对象（仿函数）	`std::thread t(Functor());`

线程的控制操作（join 和 detach）

std::thread t(func);

你创建了一个新线程，但它和主线程是“并行运行的”。

接下来你必须做一件事（二选一）：

操作	说明
`t.join()`	等待这个线程运行结束，和主线程“合并”
`t.detach()`	把线程“放飞”，让它自己跑，主线程不再管它（后台线程）

C++ 标准要求：每个 std::thread 对象 在销毁前必须被 join 或 detach！

注意：主线程可能在子线程还没结束时就退出了，这种线程叫做 后台线程。

线程之间的“并发”与“并行”的区别

概念	含义
并发（concurrent）	逻辑上“同时”运行，实际上轮流交替执行（单核CPU）
并行（parallel）	真正的同时执行（多核CPU，每个线程跑在不同核上）

线程安全与数据竞争（Race Condition）

多个线程访问同一块数据会出问题！

int counter = 0;void add() {for (int i = 0; i < 100000; ++i)++counter;
}int main() {std::thread t1(add);std::thread t2(add);t1.join();t2.join();std::cout << counter << std::endl;  // ❓ 输出不是 200000？！
}

为什么？

因为两个线程在同时修改同一个变量
出现了所谓的数据竞争（Race Condition）

如何让线程“安全地”访问数据？

使用互斥锁（std::mutex）

#include <mutex>std::mutex mtx;void add() {for (int i = 0; i < 100000; ++i) {std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);  // 自动加锁/解锁++counter;}
}

使用 lock_guard 是现代 C++ 推荐的做法，RAII 自动释放锁。

完整示例：使用线程加速加法

#include <iostream>
#include <thread>void printRange(int start, int end) {for (int i = start; i <= end; ++i)std::cout << i << " ";
}int main() {std::thread t1(printRange, 1, 50);std::thread t2(printRange, 51, 100);t1.join();t2.join();std::cout << "\nDone\n";
}

输出可能是：