Linux C++中如何處理多線程問題

在Linux環境下使用C++處理多線程問題，主要依賴于C++11引入的<thread>庫以及POSIX線程（pthread）庫。以下是一些基本的概念和示例代碼，幫助你開始使用C++進行多線程編程。

使用 <thread> 庫

C++11的<thread>庫提供了一個簡單的方式來創建和管理線程。

基本示例

#include <iostream>
#include <thread>

void helloFunction() {
    std::cout << "Hello from a thread!" << std::endl;
}

int main() {
    // 創建一個線程
    std::thread t(helloFunction);

    // 等待線程完成
    t.join();

    std::cout << "Hello from main!" << std::endl;
    return 0;
}

傳遞參數

你可以向線程函數傳遞參數：

#include <iostream>
#include <thread>

void greet(std::string name) {
    std::cout << "Hello, " << name << "!" << std::endl;
}

int main() {
    std::thread t(greet, "Alice");

    t.join();
    return 0;
}

返回值

雖然線程函數不能直接返回值給主線程，但可以使用std::promise和std::future來獲取線程的返回值：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <future>

int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

int main() {
    std::promise<int> p;
    std::future<int> f = p.get_future();

    std::thread t([&p, a = 5, b = 7]() { 
        p.set_value(add(a, b)); 
    });

    std::cout << "Waiting for thread to finish..." << std::endl;
    std::cout << "Result: " << f.get() << std::endl; // 獲取線程的返回值

    t.join();
    return 0;
}

使用 POSIX 線程 (pthread)

如果你需要更底層的控制或者使用一些C++11 <thread>庫不支持的功能，可以使用pthread庫。

基本示例

#include <iostream>
#include <pthread.h>

void* helloFunction(void* arg) {
    std::cout << "Hello from a thread!" << std::endl;
    return nullptr;
}

int main() {
    pthread_t thread;
    pthread_create(&thread, nullptr, helloFunction, nullptr);

    pthread_join(thread, nullptr);

    std::cout << "Hello from main!" << std::endl;
    return 0;
}

傳遞參數

#include <iostream>
#include <pthread.h>

void* greet(void* name) {
    std::string* namePtr = static_cast<std::string*>(name);
    std::cout << "Hello, " << *namePtr << "!" << std::endl;
    return nullptr;
}

int main() {
    std::string name = "Alice";
    pthread_t thread;
    pthread_create(&thread, nullptr, greet, &name);

    pthread_join(thread, nullptr);
    return 0;
}

同步機制

在多線程編程中，同步是非常重要的。C++11提供了多種同步機制，如互斥鎖（std::mutex）、條件變量（std::condition_variable）和原子操作（std::atomic）。

使用 std::mutex

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>

std::mutex mtx;

void printMessage(const std::string& msg) {
    mtx.lock();
    std::cout << msg << std::endl;
    mtx.unlock();
}

int main() {
    std::thread t1(printMessage, "Hello from thread 1");
    std::thread t2(printMessage, "Hello from thread 2");

    t1.join();
    t2.join();

    return 0;
}

使用 std::atomic

#include <iostream>
#include <thread>
#include <atomic>

std::atomic<int> counter(0);

void incrementCounter() {
    for (int i = 0; i < 100000; ++i) {
        ++counter;
    }
}

int main() {
    std::thread t1(incrementCounter);
    std::thread t2(incrementCounter);

    t1.join();
    t2.join();

    std::cout << "Counter: " << counter << std::endl;
    return 0;
}

通過這些基本示例，你可以開始在Linux環境下使用C++進行多線程編程。記住，多線程編程需要仔細考慮線程安全和同步問題，以避免競態條件和死鎖等問題。