C++: Многопоточность и параллельное программирование

Цель урока:
Познакомиться с многопоточностью в C++ и научиться создавать параллельные программы.

Что мы узнаем:

Что такое многопоточность и как её использовать.
Создание и управление потоками.
Синхронизация потоков.

Теоретическая часть:

Что такое многопоточность?

Многопоточность позволяет выполнять несколько задач одновременно, что может значительно повысить производительность программы.

Пример создания потока:

Выделить

#include <thread>

void printHello() {
    std::cout << "Привет из потока!" << std::endl;
}

int main() {
    std::thread t(printHello);
    t.join();
    return 0;
}

Представленный код демонстрирует простой пример использования потоков (std::thread) в C++.

Шаги программы:

Объявление функции:
Функция printHello() выводит сообщение "Привет из потока!":
Выделить
```
void printHello() {
    std::cout << "Привет из потока!" << std::endl;
}
```
Создание потока:
В основной функции main создается объект типа std::thread, передающий функцию printHello() в качестве аргумента. Это запускает выполнение функции в отдельном потоке исполнения:
std::thread t(printHello);
Присоединение потока:
Метод join() ожидает завершения потока, прежде чем продолжить выполнение основного потока:
Выделить
```
t.join();
```
Завершение программы:
После завершения потока программа завершается нормально:
Выделить
```
return 0;
```

Что происходит?

Когда поток запускается командой std::thread t(printHello);, создаётся новый поток, выполняющий функцию printHello.
Основной поток ждёт завершения дочернего потока с помощью метода join(), после чего завершает программу.

Таким образом, вывод программы выглядит следующим образом:

Привет из потока!

Управление потоками

Потоки можно создавать, запускать и останавливать.

Пример использования std::thread:

Выделить

#include <thread>

void printHello() {
    std::cout << "Привет из потока!" << std::endl;
}

int main() {
    std::thread t(printHello);
    t.join();
    return 0;
}

Синхронизация потоков

Синхронизация потоков позволяет избежать конфликтов при доступе к общим ресурсам.

Пример использования std::mutex:

Выделить

#include <thread>
#include <mutex>

std::mutex mtx;

void printHello() {
    mtx.lock();
    std::cout << "Привет из потока!" << std::endl;
    mtx.unlock();
}

int main() {
    std::thread t1(printHello);
    std::thread t2(printHello);
    t1.join();
    t2.join();
    return 0;
}

Практическая часть:
Задача 1: Создайте программу с двумя потоками, которые выводят сообщения.

Выделить

#include <thread>

void printHello() {
    std::cout << "Привет из потока!" << std::endl;
}

int main() {
    std::thread t1(printHello);
    std::thread t2(printHello);
    t1.join();
    t2.join();
    return 0;
}

Задача 2: Создайте программу с синхронизацией потоков.

Выделить

#include <thread>
#include <mutex>

std::mutex mtx;

void printHello() {
    mtx.lock();
    std::cout << "Привет из потока!" << std::endl;
    mtx.unlock();
}

int main() {
    std::thread t1(printHello);
    std::thread t2(printHello);
    t1.join();
    t2.join();
    return 0;
}

Итог урока:
Сегодня мы узнали, как использовать многопоточность в C++. Эти знания помогут вам создавать более сложные и производительные программы.

Справочник C++