提高程序运行效率的有效方法——C++多线程编程
一、多线程基础知识
1、C++11的多线程库
C++11标准引入了对多线程的支持,它定义了<thread>头文件以及std::thread类,可以方便地进行线程创建、结束、等待等操作。下面是一个简单的示例:
#include <iostream>
#include <thread>
void hello()
{
std::cout << "Hello World!<br>" << std::endl;
}
int main()
{
std::thread t(hello);
t.join();
return 0;
}
2、线程间的数据共享
多线程编程中,不同线程之间需要共享数据,但共享数据容易引起线程安全问题,需要使用互斥量std::mutex来进行保护。
#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
std::mutex mu;
int g_count = 0;
void increment()
{
mu.lock();
++g_count;
mu.unlock();
}
int main()
{
std::thread t1(increment);
std::thread t2(increment);
t1.join();
t2.join();
std::cout << "g_count = " << g_count << std::endl;
return 0;
}
二、多线程优化策略
1、任务分解
将大任务分成多个小任务,每个小任务由一个线程执行,通过这种方式可以提高程序的整体处理速度。
#include <iostream>
#include <thread>
#include <vector>
#include <cmath>
const int N = 1000000;
void calculate(int start, int end, double* result)
{
for(int i = start; i < end; ++i)
{
result[i] = sqrt(i);
}
}
int main()
{
double* result = new double[N];
std::vector<std::thread> threads;
const int thread_count = std::thread::hardware_concurrency();
const int block_size = N / thread_count;
for(int i = 0; i < thread_count; ++i)
{
int start = i * block_size;
int end = (i == thread_count-1) ? N : (i+1) * block_size;
threads.push_back(std::thread(calculate, start, end, result));
}
for(auto& t : threads)
{
t.join();
}
delete[] result;
return 0;
}
2、避免不必要的复制
多线程程序中,有时需要传递大量数据到线程执行的函数中,如果直接传递这些数据,会造成大量的复制开销,可以通过使用指针或引用的方式,减小函数参数的复制。
#include <iostream>
#include <thread>
#include <cstring>
#include <cstdlib>
void worker(const char* str)
{
char* s = (char*)malloc(sizeof(str)+1);
std::strcpy(s, str);
std::cout << "Thread " << std::this_thread::get_id() << " : " << s << std::endl;
free(s);
}
int main()
{
const char* str = "Hello World!";
std::thread t(worker, str);
t.join();
return 0;
}
三、多线程应用场景
1、网络编程
网络编程中,需要同时处理多个客户端的请求,通过多线程可以提高服务器的并发处理性能。
//Server代码
#include <iostream>
#include <thread>
#include <chrono>
#include <string>
#include <cstring>
#include <vector>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
const int PORT = 8888;
int server_fd = 0, client_fd = 0;
bool is_running = true;
std::vector<std::thread> threads;
void client_thread(int fd)
{
char buffer[1024];
struct sockaddr_in client_addr;
socklen_t client_addr_len = sizeof(client_addr);
while(is_running)
{
memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
int n = recvfrom(fd, buffer, sizeof(buffer), 0, (struct sockaddr *)&client_addr, &client_addr_len);
if(n == -1) continue;
//处理客户端请求
std::cout << "Thread " << std::this_thread::get_id() << " : receive message from " << inet_ntoa(client_addr.sin_addr) << " : " << ntohs(client_addr.sin_port) << ", message:" << buffer << std::endl;
}
}
void init_server()
{
server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
struct sockaddr_in server_addr;
memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(PORT);
server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
bind(server_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr));
listen(server_fd, 10);
std::cout << "Server start ..." << std::endl;
while(is_running)
{
client_fd = accept(server_fd, NULL, NULL);
std::thread t(client_thread, client_fd);
threads.push_back(std::move(t));
}
for(auto& t : threads)
{
if(t.joinable()) t.join();
}
}
void stop_server()
{
is_running = false;
close(client_fd);
close(server_fd);
}
int main()
{
std::thread t(init_server);
getchar();
stop_server();
t.join();
return 0;
}
2、数据处理
数据处理中,经常需要进行大量的计算、排序、查找等操作,通过多线程可以加快计算速度。
#include <iostream>
#include <thread>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <random>
const long long N = 100000000000;
const int block_size = 1000000;
std::vector<std::thread> threads;
double* a;
void calculate(int start, int end, double* result)
{
for(long long i = start; i < end; ++i)
{
result[i] = sqrt(i);
}
}
int main()
{
a = new double[N];
for(int i = 0; i < N; i += block_size)
{
int start = i;
int end = (i + block_size < N) ? i + block_size : N;
threads.push_back(std::thread(calculate, start, end, a));
}
for(auto& t : threads)
{
t.join();
}
std::sort(a, a+N);
delete[] a;
return 0;
}
四、结语
本文介绍了C++多线程编程的基础知识、优化策略和应用场景,但是多线程编程也有其困难和缺陷,需要开发者在使用时进行综合考虑。
版权声明
本文仅代表作者观点,不代表Code前端网立场。
本文系作者Code前端网发表,如需转载,请注明页面地址。
上一篇:使用C++读取文件内容的实现 下一篇:如何在C++中调用函数
code前端网



发表评论:
◎欢迎参与讨论,请在这里发表您的看法、交流您的观点。