随着现代计算机硬件的快速发展，多核处理器已成为主流。为了充分利用多核处理器的性能，并行计算和多线程编程变得越来越重要。C++作为一种高性能编程语言，提供了丰富的工具来实现并行计算和多线程编程。本文将详细介绍C++中的并行计算与多线程编程实践。
C++11标准引入了<thread>库，为C++提供了原生的多线程支持。通过std::thread类，开发者可以方便地创建和管理线程。
使用std::thread类可以创建一个新的线程，并指定该线程要执行的函数或可调用对象。示例代码如下：
#include <iostream>
#include <thread>
void threadFunction() {
std::cout << "Hello from thread!" << std::endl;
}
int main() {
std::thread myThread(threadFunction);
myThread.join(); // 等待线程完成
return 0;
}
多线程编程中，线程同步是一个重要的问题。C++提供了多种同步机制，如互斥锁（std::mutex）、条件变量（std::condition_variable）等。
互斥锁用于保护共享资源，防止多个线程同时访问该资源。示例代码如下：
#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
std::mutex mtx;
int sharedCounter = 0;
void incrementCounter() {
for (int i = 0; i < 1000; ++i) {
std::lock_guard lock(mtx); // 自动管理锁的获取和释放
++sharedCounter;
}
}
int main() {
std::thread t1(incrementCounter);
std::thread t2(incrementCounter);
t1.join();
t2.join();
std::cout << "Final counter value: " << sharedCounter << std::endl;
return 0;
}
条件变量用于线程间的同步等待和通知。示例代码如下：
#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
bool ready = false;
void printId(int id) {
std::unique_lock lck(mtx);
while (!ready) cv.wait(lck); // 等待条件满足
std::cout << "Thread " << id << std::endl;
}
void go() {
std::unique_lock lck(mtx);
ready = true;
cv.notify_all(); // 通知所有等待的线程
}
int main() {
std::thread threads[10];
for (int i = 0; i < 10; ++i)
threads[i] = std::thread(printId, i);
std::cout << "10 threads ready to race...\n";
go(); // 让线程开始执行
for (auto& th : threads) th.join();
return 0;
}
在多线程编程中，性能优化是一个重要的话题。以下是一些常用的优化策略：
C++11标准中的多线程支持为开发者提供了强大的工具来实现并行计算和多线程编程。通过合理使用互斥锁、条件变量等同步机制，可以有效管理线程间的同步问题。此外，性能优化也是多线程编程中不可忽视的一部分。希望本文能帮助开发者更好地理解和应用C++中的并行计算与多线程编程。