这是我对C++新特性系统学习的最后一部分,之后就靠实践中再来看新标准的新特性啦。

在之前,我对这部分没太在意,直到看到了一篇文章 [http://blog.csdn.net/pongba/article/details/1659952](http://blog.csdn.net/pongba/article/details/1659952) 才意识到,C++的多线程操作也是个麻烦的问题。

简而言之,C++编译器在进行编译优化的时候,认为当前是单进程的,并且遵循**可观察行为**(Observable Behavior)不变的原则。就是说在可观察行为不变的情况下,操作是可以被改变顺序的,而单进程可观察行为不变,不代表在多进程的情况下仍然不变。还是上大牛的例子:

_**例子一:**_
x = y = 0;
线程1 线程2
if(x == 1)
    ++y;
if(y == 1)
    ++x;

完全可以优化成

x = y = 0;
线程1 线程2
++y;
if(x != 1)
    --y;
++x;
if(y != 1)
    --x;

分别对于两个进程而言,可观察行为确实没有变化。而这种优化在某些时候确实会有比较明显的效果。但是很显然,语义变化了。在原来的结果里不可能发生 x和y都为0的情况,而优化过后,有可能出现。
再来个例子:

for (...) {
    ...
    if (mt)
        pthread_mutex_lock(...);
    x = ... x ...
    if (mt)
        pthread_mutex_unlock(...);
}
// 当它被Register Promotion华丽丽地优化成
r = x;
for (...) {
    ...
    if (mt) {
        x = r;
        pthread_mutex_lock(...);
        r = x;
    }
    r = ... r ...
    if (mt) {
        x = r;
        pthread_mutex_unlock(...);
        r = x;
    }
}
x = r;

做何感想?所以说,现在的多线程库多少都是有缺陷的,要解决这一问题,只能从语言内存模型上动手脚了。

这里主要介绍两个库,原子操作和线程库
原子操作(Atomic)
头文件 #include
原子操作只支持C++类型
基本类型 std::atomic
扩展实现 std::atomic_char, std::atomic_int, std::atomic_uint 等是stl中的默认实现。
这个类型用于对数据进行原子操作,在操作的过程中可以指定内存规则。
主要的函数如下:

 函数名     |     描述     |

—————|————-|
atomic_store | 保存非原子数据到原子数据结构 |
atomic_load | 读取原子结构中的数据 |
atomic_exchange | 保存非原子数据到原子数据结构,返回原来保存的数据 |
atomic_fetch_add | 对原子结构中的数据做加操作 |
atomic_fetch_sub/atomic_fetch_sub_explicit | 对原子结构中的数据做减操作 |
atomic_fetch_and | 对原子结构中的数据逻辑与 |
atomic_fetch_or | 对原子结构中的数据逻辑或 |
atomic_fetch_xor | 对原子结构中的数据逻辑异或

刚才提到了在原子操作时候的内存操作规则,内存操作规则主要是 std::memory_order,这是个枚举类型,里面包含着N多规则

   值           |    定义规则      |

——————–|—————-|
memory_order_relaxed | 不保证顺序 |
memory_order_consume | 类比生产者-消费者模型中的消费者读取动作(仅是读取,无计数器),保证该操作先于依赖于当前读取的数据(比如后面用到了这次读取的数据)不会被提前,但不保证其他读取操 作的顺序。仅对大多编译环境的多线程程序的编译优化过程有影响。 |
memory_order_acquire | 类比生产者-消费者模型中的消费者读取动作(仅是读取,无计数器),保证在这个操作之后的所有操作不会被提前,同样对大多编译环境的多线程程序的编译优化过程有影响。 |
memory_order_release | 类比生产者-消费者模型中的生产者创建动作(仅操作一个数据),保证这之前的操作不会被延后。 |
memory_order_acq_rel | 同时包含memory_order_acquire和memory_order_release标记 |
memory_order_seq_cst | 全部存取都按顺序执行,在多核系统上容易成为性能瓶颈 |

在前面的原子操作的函数中,默认规则都是std::memory_order_seq_cst
此外,atomic还有一些标记类型和测试操作,比较类似操作系统里的原子操作

  • std::atomic_flag : 标记类型
  • atomic_flag_test_and_set : 尝试设置为占用(原子操作)
  • atomic_flag_clear : 释放(原子操作)

std::atomic_flag lock = ATOMIC_FLAG_INIT;

void f(int n) {
    for(int cnt = 0; cnt < 100; ++cnt) {
        while(std::atomic_flag_test_and_set_explicit(&lock, std::memory_order_acquire));
        std::cout << "线程 " << n << std::endl;
        std::atomic_flag_clear_explicit(&lock, std::memory_order_release);
    }
}

int main() {
    std::atomic_int a;

    a.store(100);
    a.fetch_add(105);

    int i = a.load(std::memory_order_consume);

    printf("i => %d\n", i);

    // 原子标记
    std::vector<std::thread> v;
    for (int n = 0; n < 10; ++n) {
        v.emplace_back(f, n);
    }
    for (auto t = v.begin(); t != v.end(); ++ t) {
        t->join();
    }

    return 0;
}

多线程库

前面的代码里已经用到了一点多线程库的东西了
包含文件: #include
涉及的类是 std::thread
构造函数里有两种

  • 一种是传入函数指针和参数(VC里参数最多四个)。线程立即执行
  • 另一种是空构造。不会新增线程

另外需要注意的是std::thread的等于操作符是必须要通过move语义的,并且如果joinable的话会执行std::terminate()。
函数茫茫多,建议用的时候看文档去,我这里就不废话了,上面已经用到一点了(PS:配std::bind是相当的华丽哦)
文档如这行 http://en.cppreference.com/w/cpp/thread
以前写过一些测试代码,后来扔掉了。反正也很简单…

路漫漫其修远兮,吾将写代码而求索.

附上对C++11一些特性研究的总结: