睿豐德科技 專注RFID識別技術和條碼識別技術與管理軟件的集成項目。質量追溯系統、MES系統、金蝶與條碼系統對接、用友與條碼系統對接

 熟悉C++98的朋友，應該都知道，在C++98中沒有thread, mutex, condition_variable這些與concurrency相關的特性支持，如果需要寫多線程相關程序，都要借助于不同平臺上各自提供的api，這樣帶來的問題就是程序的跨平臺移植性比較差，經常要用一大堆的#ifdef WIN32類似的宏來區分不同的平臺，搞得程序很難看。C++0x最原始的初衷之一就是為了讓C++的功能更加強大，更加方便使用。現如今硬件如此發達，concurrency在程序設計中已經是司空見慣的事情了，如果C++再不支持這些concurrency相關的特性，就真的out了。現在，C++程序員的福音到了，C++0x提供了對thread, mutex, condition_variable這些concurrency相關特性的支持，以后多線程這一塊的代碼可以完全跨平臺了，而且由于C++0x封裝的都比較好，代碼寫起來也十分簡潔。下面開始介紹今天的內容。

• 1. thread

    寫過多線程程序的朋友，相信對thread本身都不會陌生，這里不對thread本身做太多的說明，以介紹C++0x中提供的thread的用法為主。請大家先看下面的例子：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34

#include < iostream>
#include < string>
#include < thread>
 
class Printer
{
public:
    void Print(int id, std::string& name)
    {   
        std::cout < < "id=" << id << ", name=" << name;
    }   
};
 
void Hello()
{
    std::cout << "hello world" << std::endl;
}
 
int main()
{
    Printer p;
    int id = 1;
    std::string name("xiao5ge");
 
    std::thread t1(&Printer::Print, p, id, name);
    std::thread t2(std::bind(&Printer::Print, p, id, name));
    std::thread t3([&]{ p.Print(id, name); }); 
    std::thread t4(Hello);
 
    t4.join();
    t3.join();
    t2.join();
    t1.join();
}

    下面我們來通過分析上面的例子，來說明一下thread的用法。上面的t1-t4的四個例子，分別是thread的四種構造方式，我們一一來介紹一下：

• (1)這種方式是通過變參數模板實現的，第一個參數是線程入口函數的地址，后面的參數按函數調用時的參數順序傳入。這里需要說明兩點：一是變參模板也是C++0x新增的特性，將會在后面的文章中介紹;二是，類成員函數的第一個參數永遠是this，所以這里第一個參數放的是對象本身。
• (2)這種方式是傳入一個std::function對象，bind/function在前一篇中有介紹，不熟悉的朋友可以先看一下C++0x系列的第四篇。
• (3)這種方式是傳入一個lambda表達式，也即一個closure，是比較常用的方式。關于lambda也在上一篇中有介紹。
• (4)這種方式是最簡單，最常用的方式，直接傳入一個函數，寫過多線程程序的朋友應該對這種方式最為熟悉。

    上面介紹了C++0x thread的基本用法，下面需要再補充幾點使用過程需要注意的事項：

• （1）如果入口函數的參數是以引用或指針形式傳入的，需要使用者保證在線程運行過程中，這些參數一直是有效的。同時，如果有多個線程會訪問或者修改這些變量，需要使用者做好同步，保證一致性。
• （2）關于上面提到的幾種構造方式，簡單的直接用4，復雜的推薦的選擇順序：1->3->2，即變參模板方式->lambda方式->bind方式
• （3）通常需要等子線程運行完，主線程才退出，所以在主線程中通常需要調各子線程的join()。
• 2. mutex

    mutex實現的是“互斥鎖”的語義，在多線程的程序中，經常需要通過鎖的機制來保證數據的一致性，C++0x提供了下面四種語義的mutex:

• (1) std::mutex: 普通的互斥鎖，不能遞歸使用
• (2) std::timed_mutex：帶超時的互斥鎖，不能遞歸使用
• (3) std::recursive_mutex：遞歸互斥鎖
• (3) std::recursive_timed_mutex：帶超時的遞歸互斥鎖

    關于mutex的使用，我們通常建議使用RAII(Resource Acquisition is Initialization)的方式，即在構造的時候lock, 析構的時候unlock, 不建議直接顯式的lock/unlock，因為這樣比較容易出錯。因此，C++0x也提供了兩個工具類std::lock_guard和std::unique_lock來輔助我們使用mutex，下面我們通過例子來看一下具體的使用：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17

#include < mutex>
 
// global vars
int data = 0;
std::mutex data_mutex;
 
// thread 1
{
    std::lock_guard< std::mutex> locker(data_mutex);
    data = 1;
}
 
// thread 2
{
    std::lock_guard< std::mutex> locker(data_mutex);
    data = 2;
}

    從上面的例子，相信大家可以對mutex的基本使用方法都應該比較清楚了，由于mutex本身就比較簡單，這里不再贅言。說一下std::unique_lock和std::lock_guard的區別，std::lock_guard只允許RAII方式的使用，而std::unique_lock可以在構造之后調用lock/unlock, 更加靈活一些，但使用的時候出錯的機率也更大一些，所以如果沒有什么特殊的需求，通常推薦盡量使用std::lock_guard.

• 3. condition_variable

    關于condition_variable，它的語義是今天講的三個內容里面相對復雜一些的，我在之前也寫過一篇關于它的文章，不熟悉的朋友可以先閱讀一下《條件變量(Condition Variable)詳解》這篇文章，先了解一下條件變量，以方便理解后面的內容。我們知道，條件變量主要是用在多線程之間修改了shared_data之后的相互通信，由于條件變量在多線程編程中非常有用，所以C++0x也添加了對條件變量的支持，下面是C++0x提供的兩種不同類型的條件變量：

• （1）condition_variable: 用在std::unique_lock< std::mutex>上wait, 比較高效。
• （2）condition_variable_any: 可以用在任意mutex上wait, 比較靈活，但效率比condition_variable差一些。

    下面我們通過例子來看看，條件變量在C++0x中的使用方式：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33

// global
std::atomic< bool> is_finish(false);
std::mutex finish_mutex;
std::condition_variable finish_cond;
 
// thread 1
{
    std::unique< std::mutex> locker(finish_mutex);
 
    // 1. loop wait
    while (!is_finish)
    {   
        finish_cond.wait(locker);
    }   
 
    // 2. wait until prediction is true, loop inside
    finish_cond.wait(locker, []{ return is_finish; }); 
 
    // 3. wait until eithor prediction is true or timeout
    finish_cond.wait(locker, std::chrono::seconds(1),
            []{ return is_finish; }); 
}
 
// thread 2
{
    is_finish = true;
 
    // 1. notify one of the waiter
    finish_cond.notify_one();
 
    // 2. notify all the waiter
    finish_cond.notify_all();
}

    上面的例子，基本覆蓋了C++0x提供的條件變量的主要用法。下面我們來一一分析一下，幫助大家更好的理解：

• （1）關于wait，有三種基本的用法：第1種是在指定的條件上循環等待，直到條件為真notify時才會繼續執行后面的邏輯；第2種用法語義上和第1種是一樣的，但是不是用戶做顯式的loop等待，用戶傳入一個需要滿足的條件的closure, wait一直等到這個條件為真被notify時才會返回繼續執行下面的邏輯，可以理解為這時候，在wait內部有一個loop；第3 種用法，加了一個超時的語義，wait一直等到條件為真或者超時，被notify時才會返回繼續執行下面的邏輯。
• （2）關于notify, 有兩種：第1種是notify_one, 只喚醒一個在wait的線程; 第2種是notify_all，喚醒所有在wait的線程，相當于一個broadcast的語義。

    以上即是今天的主要內容，希望對正在學習C++0x的朋友有所幫助，榮幸之至！

RFID管理系統集成商 RFID中間件 條碼系統中間層 物聯網軟件集成