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多线程编程中的一些原则

2018/03/19 947

关于 C++ 多线程编程一的些基本知识可以参考本博客的《C++11/14 新特性(多线程)》 ,《Unix线程基础》。本章不是多线程编程教程,而是个人经验的一些总结。这些经验有一些可能是不正确的,希望在今后的编程中实践、改进。

线程同步的四项基本原则:

  1. 最低限度地共享对象。对象尽量不要暴露给别的线程,如果需要暴露,优先考虑 immutable对象。否则尽量使用同步措施来充分地保护它
  2. 尽量使用高级地并发编程构件,如 任务队列、生产者消费者模式等
  3. 只用非递归的互斥器和条件变量,慎用读写锁,尽量少用信号量
  4. 除了使用 atomic 整数外,不要自己编写 lock-free 代码,也不要用”内核级”同步原语

互斥器 Mutex

mutex 是最常用的同步原语,它保护一个临界区,任何时候最多只能有一个线程能够访问 mutex 保护的域。使用 mutex 主要是为了保护共享数据。一般原则有:

  • 使用 RAII手法封装 mutex 的创建、销毁、加锁、解锁操作,充分保证锁的有效期等于其作用域,而不会因为中途返回或异常而忘记解锁。这类似于 Java 的synchronized 或 C# 的 using 语句。
  • 使用非递归的 mutex
  • 尽量不要人为地调用 lock()unlock()函数,将这些操作交给栈上的 guard 对象,利用其构造与析构函数。
  • 不要跨线程地加解锁,避免在不同的函数中分别加锁\解锁,避免在不同的语句分支中加锁\解锁
  • 每当构造 guard 对象时,需要考虑栈上已有的锁,防止因加锁顺序不同而导致死锁
  • 避免跨进程的 mutex, 进程间通讯尽量使用 TCP sockets

只使用非递归地 mutex

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using 关键字在 C++ 中的几种用法

2018/03/13 205

对C++中 using关键字的几种用法的总结:

1. using 声明

using 声明 (using declaration) 是将命名空间中单个名字注入到当前作用域的机制,使得在当前作用域下访问另一个作用域下的成员时无需使用限定符 ::

using 声明将其它 namespace 的成员引入本命名空间的 当前作用域 (包括其嵌套作用域)  。一个 using 声明一次只引入一个命名空间成员,它使得无论程序中使用哪些名字,都非常准确。
利用 using 声明,可以改变派生类对父类成员的访问控制:

尽管 Derived 对 base 是私有继承,但通过 using 声明,我们还是可以在 Derived 中访问其成员,且后续的继承同样不受 private 限定的影响。

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C++11/14 新特性 (多线程)

2017/03/28 2,168

在 C++11 之前 ,C++ 标准并没有提供统一的并发编程标准,也没有提供语言级别的支持。这导致我们在编写可移植的多线程程序时很不方便,往往需要面向不同的平台进行不同的实现,或者引入一些第三方平台,如Boost,pthread_win32 等。 从C++11开始 ,对并发编程进行了语言级别的支持,使用使用C++进行并发编译方便了很多。这里介绍C++11并发编译的相关特性。

1 线程

1.1 线程的创建

std::thread 的构造函数如下:

我们只需要提供线程函数或函数对象,即可以创建线程,并可以同时指定线程函数的参数。

join函数将会阻塞线程,直到线程函数执行完毕,主线程才会接着执行。如果线程函数有返回值,返回值将被忽略。 在使用线程对象的过程中,我们需要注意线程对象的生命周期。如果线程对象先于线程函数结束,那么将会出现不可预料的错误。可以通过线程阻塞的方式来等待线程函数执行完(join),或让线程在后台执行。 如果不希望线程被阻塞,可以调用线程的 detach() 函数,将线程与线程对象分离。但需要注意的是,detach 之后的线程无法再使用join来进行阻塞了,即detach之后的线程,我们无法控制了。当我们不确定一个线程是否可以join时,可以先使用 thead::joinable() 来进行判断。

另外,我们还可以通过 std::bind, lambda 来创建线程(其实就是使用函数对象创建线程)。

线程不可以被复制,但是可以被移动:
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C++11/14 新特性(function/bind 可调用对象包装器与绑定器)

2017/02/28 1,797

1 可调用对象

在 C++ 中,可调用对象一般是指:

  • 一个函数指针
  • 一个重载 () 操作符的类对句(仿函数)
  • 一个可被转换为函数指针的类对象
  • 一个类成员函数指针

上例中的这些对象(func_ptr,foo,bar,mem_func_ptr,mem_obj_ptr) 均可称之为 “可调用对象”。相应的,其类型可被称作“可调用类型”。注意这里只有成员函数有成员函数指针而没有函数类型或函数引用类型,这是因为函数类型并不能直接用于定义对象,而函数引用或以看做一个 const 的函数指针。 可调用对象具有比较统一的调用形式,即使用括号操作(除成员函数指针),而定义的方法各不一样。这样我们在试图使用统一的方式保存,或传递一个可调用对象时,会十分烦琐。

2 std::function 可调用对象包装器

std::function 是一个类模板,它可以容纳除了类成员(函数)指针之外的所有可调用对象。通过指定它的模板参数,它可以用统一的方式处理函数、函数对象、函数指针,并允许保存和延迟调用它们。
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C++11/14 新特性 (使用 chrono 进行时间处理)

2017/01/03 1,788

在c++11以前,我们获取当前时间的时间戳,需要借助于第三方库,如 boost ,或者针对不同的操作做不同的处理:

而在c++11中,这个问题得到解决。 c++11 标准库中提供 chrono库,用来处理时间相关的数据。

1 duration 记录时长

duration 表示一段时间间隔。其原型:


_Rep 为一个数值类型,如 int, long, 用来表示时钟数的类型。 _Period 为一个默认的模板参数 std::ratio,表示时钟周期。 ratio的原型:

它表示一个时钟周期的秒数。_Num 代表分子,_Den代表分母,它们的比值就是一个时钟周期,可以通过调整分子与分母来表示任意一个时钟周期。如 ratio<1> 表示一个时钟周期为1秒,ratio<3600>表示一个时钟周期为1小时,ratio<1,1000>表示一个时钟周期为1毫秒,ratio<1,2>表示一个时钟周期为0.2秒,ratio<9/7>表示一个时钟周期为9/7秒。 标准库将一些常用的时钟周期做了定义:

在不同的时钟周期中,我们可以使用 chrono_cast 来进行转换。两个 duration还可以进行加减运算:

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C++11/14 新特性(for循环)

2016/12/05 1,805

在C++ 中,遍历一个容器的方法一般是这样的:

对STL比较熟悉的程序员肯定还知道在 <algorithm> 中有一个 for_each 算法,可以用来完成上述功能:

这里借助了 auto 关键字和 lambda 表达式简化了操作。 std::for_each 比起前面 for 循环,最大的好处是不再需要关注迭代器的概念,而只需要关心容器中的元素类型即可。 但这两种方法,都必须显式的给出容器有开头和结尾(begin,end).这是因为上面的两种方法都不是基于范围(range)来设计的. 范围的概念在很多高级语言中都有涉及。例如下面这段 python 代码:

在这种循环中,不再需要关心容器的两端,循环会自动以容器的范围进行展开。而且这种语法可以清楚地表明它的意义。使用这种方式进行循环无疑会使编码和维护更加简便。 现在,c++11 可有了基于范围的 for 循环

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