并发与并行
并发的程序设计，提供了一种方式让我们能够设计出一种方案将问题（非必须地）并行地解决。如果我们将程序的结构设计为可以并发执行的，那么在支持并行的机器上，我们可以将程序并行地执行。因此，并发重点指的是程序的设计结构，而并行指的是程序运行的状态。并发编程，是一种将一个程序分解成小片段独立执行的程序设计方法。
C++标准并没有提供对多进程并发的原生支持，所以C++的多进程并发要靠其他API——这需要依赖相关平台。
C++11 标准提供了一个新的线程库，内容包括了管理线程、保护共享数据、线程间的同步操作、低级原子操作等各种类。标准极大地提高了程序的可移植性，以前的多线程依赖于具体的平台，而现在有了统一的接口进行实现。
- < thread > :包含std::thread类以及std::this_thread命名空间。管理线程的函数和类在 中声明.
- < atomic > :包含std::atomic和std::atomic_flag类，以及一套C风格的原子类型和与C兼容的原子操作的函数。
- < mutex > :包含了与互斥量相关的类以及其他类型和函数
- < future > :包含两个Provider类（std::promise和std::package_task）和两个Future类（std::future和std::shared_future）以及相关的类型和函数。
- < condition_variable > :包含与条件变量相关的类，包括std::condition_variable和std::condition_variable_any。
Thread
| default (1) | thread() noexcept; |
|---|---|
| initialization (2) | template <class Fn, class... Args> explicit thread (Fn&& fn, Args&&... args); |
| copy [deleted] (3) | thread (const thread&) = delete; |
| move (4) | thread (thread&& x) noexcept; |
- (1). 默认构造函数，创建一个空的 thread 执行对象。
- (2). 初始化构造函数，创建一个 thread对象，该 thread对象可被 joinable，新产生的线程会调用 fn 函数，该函数的参数由 args 给出。
- (3). 拷贝构造函数(被禁用)，意味着 thread 不可被拷贝构造。
- (4). move 构造函数，move 构造函数，调用成功之后 x 不代表任何 thread 执行对象。
- 注意：可被 joinable 的 thread 对象必须在他们销毁之前被主线程 join 或者将其设置为 detached.
智能指针
shared_ptr
shared_ptr 是一个标准的共享所有权的智能指针, 允许多个指针指向同一个对象. 定义在 memory 文件中(非memory.h), 命名空间为 std.
shared_ptr 是为了解决 auto_ptr 在对象所有权上的局限性(auto_ptr 是独占的), 在使用引用计数的机制上提供了可以共享所有权的智能指针, 当然这需要额外的开销:
(1) shared_ptr 对象除了包括一个所拥有对象的指针外, 还必须包括一个引用计数代理对象的指针.
(2) 时间上的开销主要在初始化和拷贝操作上, *和->操作符重载的开销跟auto_ptr是一样.
(3) 开销并不是我们不使用shared_ptr的理由, 永远不要进行不成熟的优化, 直到性能分析器告诉你这一点.
使用方法:
可以使用模板函数 make_shared 创建对象, make_shared 需指定类型('<>'中)及参数('()'内), 传递的参数必须与指定的类型的构造函数匹配. 如:
std::shared_ptr<int> sp1 = std::make_shared<int>(10);
std::shared_ptr<std::string> sp2 = std::make_shared<std::string>("Hello c++");
也可以定义 auto 类型的变量来保存 make_shared 的结果.
auto sp3 = std::make_shared<int>(11);
printf("sp3=%d\n", *sp3);
auto sp4 = std::make_shared<std::string>("C++11");
printf("sp4=%s\n", (*sp4).c_str());
原子指令
原子指令是对软件不可再分的指令
| 原子指令 (x均为std::atomic<int>) | 作用 |
|---|---|
| x.load() | 返回x的值。 |
| x.store(n) | 把x设为n，什么都不返回。 |
| x.exchange(n) | 把x设为n，返回设定之前的值。 |
| x.compare_exchange_strong(expected_ref, desired) |
若x等于expected_ref，则设为desired，返回成功；否则把最新值写入expected_ref，返回失败。 |
| x.compare_exchange_weak(expected_ref, desired) | 相比compare_exchange_strong可能有spurious wakeup。 |
| x.fetch_add(n), x.fetch_sub(n), x.fetch_xxx(n) | x += n, x-= n（或更多指令），返回修改之前的值。 |
race condition、ABA problem、memory fence