c++11新特性總結

1、類型與變量相關

1.1、nullptr:

取代了NULL,專用於空指針


1.2、constexpr:

近似const, 可以修飾變量,也可以修飾函數,

修飾變量如:

const int global = 100;

int main () {

int temp = 100;

constexpr int a = 1; //right

constexpr int b = global; //right

constexpr int c = temp; //wrong

}

既可以賦值字面常量也可以賦值以const變量


重點:constexpr修飾的函數,生效於編譯時而不是運行時, 重點應用於修飾函數使其在編譯期大幅度被解釋

被constexpr修飾的函數,無論是普通函數,還是類成員函數,必須是編譯器可計算得到結果,即字面常量,不可是運行時才能獲取的內容

例1:

constexpr int calc_in_compile_0 () {
    return 100;
}
constexpr int calc_in_compile_1 (int a) {
    return a * 100;
}
constexpr int calc_in_compile_2 (int b, int c) {
return c * calc_in_compile_1(b);
}

EXPECT_EQ(100, calc_in_compile_0());

constexpr int a = 1;

EXPECT_EQ(100, calc_in_compile_1(a));

EXPECT_EQ(10000, calc_in_compile_2(a, calc_in_compile_1(a)));


例2:

代替了"const _max = INT_MAX"

static constexpr int max () {
     return INT_MAX;
}
static constexpr int min () {

return INT_MIN;
}

constexpr int _max = max(), _min = min();


例3:

class Calc {
    double a_;
public:
    /*構造函數
在這裏,必須用constexpr修飾,因爲類成員函數是用constexpr修飾的*/
    constexpr Calc(double a):a_(a) {}


    constexpr double GetFabs() const {
return std::fabs(a_);
}
    constexpr double GetAbs() const {
        return std::abs(a_);
    }
    constexpr double GetSquare() const {
        return a_ * a_;
    }
};

    constexpr Calc calc(5.1);
    constexpr double _fabs = calc.GetFabs();
    ///_fabs = 10.0;
    LOG(INFO) << "fabs: " << _fabs;
    double _abs = calc.GetAbs();
    LOG(INFO) << "abs: " << _abs;
    _abs = 10.0;
    LOG(INFO) << "abs: " << _abs;
    double _square = calc.GetSquare();
    LOG(INFO) << "square: " << _square;
    _square = 10.0;
    LOG(INFO) << "square: " << _square;

1.3、using取代typedef:

typedef double db; //c99

using db = double; //c++11

typedef void(*function)(int, int);//c99,函數指針類型定義

using function = void(*)(int, int);//c++11,函數指針類型定義

using kvpairs = std::map<std::string, std::string>; //c++11

using CompareOperator = std::function<int (kvpairs &, kvpairs &)>; //c++11

using query_record = std::tuple<time_t, std::string>; //c++11


template<class T> using twins = std::pair<T, T>; //更廣泛的還可以用於模板


1.4、auto & decltype:

auto讓編譯器通過初始值來推算變量的類型。當然,其定義的變量必須要有初始值

auto a = 1;

auto task = std::function<void ()>([this, a] {

................

});

decltype(變量)可以獲取變量的類型

auto a = 1;

decltype(a) b = 2;

decltype(b) c = add(a, b);

注意下,decltype((a) )的結果是引用,此時創建新的變量就將會報錯,或者說:

int &b = a;

decltype(b) c;//也報錯,因爲b是a的引用,decltype(b)就會報錯,效果同decltype((a))

此外,auto在容器的迭代器的使用,大大降低了代碼開發量

對於vector、map、set等容器

for (auto i: V) {

......

}

1.5、字符串和數值類型的轉換

以前的atoi、itoa等等成爲歷史

to_string:itoa成爲歷史

stoi、stol、stoul、stoll、stoull、stof、stod、stold:atoX成爲歷史

1.5、random_device

生成隨機數,免去了以前需要自行調用srand初始化種子的步驟,因爲有時忘了初始化結果導致錯誤。用法:

std::random_device rd;

int randint = rd();

1.6、std::ref和std::cref

分別對應變量的引用和const引用,主要用於作爲c++11函數式編程時傳遞的參數

1.7、std::chrono時間相關

比以前的時間方便了許多:

std::chrono::duration<double> duration //時間間隔

std::this_thread::sleep_for(duration); //sleep

LOG(INFO) << "duration is " << duration.count() << std::endl;

std::chrono::microseconds  //微秒

std::chrono::seconds //秒

end = std::chrono::system_clock::now(); //獲取當前時間

1.8、原子變量

std::atomic<XXX>

用於多線程資源互斥操作,屬c++11重大提升,多線程原子操作簡單了許多

事實上基於c++11實現的無鎖隊列,讓boost::lockfree無鎖隊列也將成爲歷史

1.9、正則表達式std::regex

噁心的C正則(regex.h)和boost正則成爲歷史

1.10、編譯期斷言static_assert

static_assert是用於涉及模板的assert編譯期就能發現不滿足的情況,無需等到運行時出現core

如下最後一個被注掉的static_assert如果放開,則無法通過編譯。

template<class T> class C {
    T data1_;
    int data2_;
public:
    C(T data1, int data2):data1_(data1), data2_(data2) {
        /*if the condition is not satisfiedm, would be errored by compiler in compling*/
        //static_assert(sizeof(T) > 4, "sizeof(T) is not larger than 4");
        static_assert(sizeof(T) >= 4, "sizeof(T) is not larger than 4");
        //static_assert(data2_ >= 10, "could not use static_assert here! condition must could be calced in compling!");
    }
};

TEST(test_static_assert, test) {
    C<double> c(1.1, 1);
}



2、容器

2.1、tuple & 花括號初始化

元組的出現,和python拉齊了,c++也實現了函數可以多個返回值

using  result = std::tuple<int, char, double>;

result res = {1,'a',1.0};

return res;

return {2, 'b',100.0};

std::vector<int> v{1, 2, 3, 4, 5};


using res_tp = std::tuple<bool, char, int, float, double>;

res_tp res(true, 'b', 11, 1.1, 100.1);

LOG(INFO) << "res.bool: " << std::get<0>(res);
    LOG(INFO) << "res.char: " << std::get<1>(res);
    LOG(INFO) << "res.int: " << std::get<2>(res);
    LOG(INFO) << "res.float: " << std::get<3>(res);
    LOG(INFO) << "res.double: " << std::get<4>(res);

以上都是合法的,尤其對vector,簡單的測試程序再不需要一行行的push_back了!

2.2、hash正式進入stl

unordered_map、unordered_set、unordered_multimap、unordered_multiset。extstl擴展方式的使用hash成爲歷史。

2.3、emplace:

作用於容器,區別於push、insert等,如push_back是在容器尾部追加一個容器類型對象,emplace_back是構造1個新對象並追加在容器尾部

對於標準類型沒有變化,如std:;vector<int>,push_back和emplace_back效果一樣

如自定義類型class A,A的構造函數接收一個int型參數,

那麼對於push_back需要是:

std::vector<A> vec;

A a(10);

vec.push_back(a);

對於emplace_back則是:

std::vector<A> vec;

vec.emplace_back(10);

改進點是什麼?改進點:避免無用臨時變量。比如上面例子中的那個a變量

2.4、shrink_to_fit

這個改進還是有點意義的,日常程序應該能減少不少無意義的內存空間佔用

push、insert這類操作會觸發容器的capacity,即預留內存的擴大,實際開發時往往這些擴大的區域並沒有用途

    std::vector<int> v{1, 2, 3, 4, 5};
    v.push_back(1);
    std::cout << "before shrink_to_fit: " << v.capacity() << std::endl;
    v.shrink_to_fit();
    std::cout << "after shrink_to_fit: " << v.capacity() << std::endl;
可以試一試,減少了很多,有一定價值


3、對於類

3.1、構造函數

3.1.1、控制構造函數

1、default關鍵字生成默認構造函數和析構函數

default的默認構造方式可生成:默認無參數的構造函數、拷貝構造函數、賦值構造函數

析構函數同樣可以由default默認構造

class A11 {
    int data;
public:
    A11() = default;
      ~A11() = default;
    A11 (int _data):data(_data) {}
};


void c11_construct () {
    A11 a;
    A11 b(a);
    A11 c;
    c = b;
    A11 d(1);
}
2、delete關鍵字禁止拷貝構造、禁止賦值構造、禁止自定義參數的構造函數

注意析構函數不可由delete修飾

c++11以前的方式,是把需要禁止的構造函數,放在private裏使外部無法調用

c++11風格的禁止構造的noncopyable基類實現如下,禁止了拷貝構造和賦值構造:

class noncopyable {
protected:
    constexpr noncopyable() = default;
    ~noncopyable() = default;
    noncopyable(const noncopyable &) = delete;
    noncopyable &operator= (const noncopyable &) = delete;
};

3、委託構造函數

一個構造函數,使用自己的參數,傳遞給其他構造函數去構造,作爲自己的構造函數實現,

如下例,後面兩個構造函數,均傳遞參數,委託給第一個構造函數去實現

struct A {
        bool a_;
        char b_;
        int c_;
        float d_;
        double e_;
        A(bool a, char b, int c, float d, double e): a_(a), b_(b), c_(c), d_(d), e_(e) {}
        //construct reuse
        A (int c): A(true, 'b', c, 1.1, 1000.1) {}
        A (double e): A (false, 'a', 0, 0.1, e) {}
    };

    A o1(10);
    LOG(INFO) << "a: " << o1.a_ << ", b: " << o1.b_ << ", c: " << o1.c_ << ", d: " << o1.d_ << ", e: " << o1.e_;
    A o2(5.5);
    LOG(INFO) << "a: " << o2.a_ << ", b: " << o2.b_ << ", c: " << o2.c_ << ", d: " << o2.d_ << ", e: " << o2.e_;
4、移動構造函數:

屬於c++11的右值引用的衍生效果之一,首先描述右值引用std::move

std::move主要能解決的拷貝性能問題

類似於python的深拷貝和淺拷貝, python中的對象賦值和copy.copy都是淺拷貝, 賦值的都是對象的引用, copy.deepcopy則是深拷貝

首先插一段python代碼幫助理解深淺拷貝,建議用pdb跟一下代碼感受更加深刻:

import copy                                                                                
import json                                                                                
                                                                                           
                                                                                           
a = [1, 2, 3, 4, 5, [99, 98]]                                                              
#b全都是a的引用                                                                            
b = a                                                                                      
#c的非子對象都是a的複製構造, 但子對象還是引用                                              
c = copy.copy(a)                                                                           
#d全都是a的複製構造                                                                        
d = copy.deepcopy(a)                                                                       
                                                                                           
print "a append a new element 100"                                                         
a.append(100)                                                                              
                                                                                           
print "a: %s" % json.dumps(a)                                                              
print "b = a, b will change: %s" % json.dumps(b)                                           
print "c = copy.copy(a): %s" % json.dumps(c)                                               
print "d = copy.deepcopy(a): %s" % json.dumps(d)                                           
                                                                                           
print "a's subobject append a new element 100"                                             
a[5].append(100)                                                                           
                                                                                           
print "a: %s" % json.dumps(a)                                                              
print "b = a, b will change: %s" % json.dumps(b)                                           
print "c = copy.copy(a), will change: %s" % json.dumps(c)                                  
print "d = copy.deepcopy(a): %s" % json.dumps(d) 


直接定位到實際應用上(程序中儘量不要出現"int &&a = 1"這樣的東西,炫技容易搞出錯誤)
c++11的std::move, 解決的問題是一個複製效率的問題:

對臨時變量(如函數中的參數)的複製,通過更改對象的所有者(move),實現免內存搬遷或拷貝(去除深拷貝),

提高"複製"效率(其實不是複製,僅是更改了對象的所有者

例一:改變引用持有者(減少複製成本,移交引用權力給有用的變量,同時免除不再有用變量對引用的持有權)

    std::string a = "123";	//或std::string &&a = "123";顯示的標識a是全局字符串"123"的右值引用
    LOG(INFO) << "at first, std::string a is: " << a;	//打印123

    /*右值"123", 它的所有者將從原先的左值(變量std::string a), 轉移到新的左值(std::vector v)
     *所以, 使用std::move時一定保證, 以前的左值不再真需要了. 典型使用場合就是: (構造)函數的參數, 避免了再複製*/
    v.push_back(std::move(a));
    LOG(INFO) << "after std::move(a), now std::string a is: " << a;	//打印空
最後的glog將無法打印出a最開始的拷貝構造獲取的值"123",因爲全局字符串"123"的所有者,已經從最開始的變量a,轉移到了v

這在日常場合也是需要的,用途爲:

1、減少內存複製成本

2、將不再需要的變量,取消它對原先持有變量(內存)的持有(修改)權限


例二:移動構造函數

    class test {
    public:
        std::vector<std::string> t_;
        test(std::vector<std::string> &tmp) {
            for (auto& i: tmp) {
                //not copy rvalue to t_, only add rvalue reference to t_ and update rvalue's lifecycle
                t_.push_back(std::move(i));
            }
        }
    };

    /*起初, 右值("123", "456", "789", "012", "345")都歸屬於左值temp*/
    std::vector<std::string> temp = {"123", "456", "789", "012", "345"};
    LOG(INFO) << "before move to object ot, t's size is: " << temp.size();
    for (auto& i: temp) {
        LOG(INFO) << " OLD LVALUE(object temp) element: " << i;
    }

    /*由類test的構造函數, 更改右值的所有者爲類test的對象ot*/
    test ot(temp);
    LOG(INFO) << "after move elements of temp to object ot, now ot's size is: " << ot.t_.size();
    for (auto& i: temp) {
        LOG(INFO) << " OLD LVALUE(object temp) element: " << i;
    }
    for (auto& i: ot.t_) {
        LOG(INFO) << " NEW LVALUE(object ot) element: " << i;
    }
第一輪glog, vector容器temp可以打印出其持有的全局字符串列表

第二輪glog: 因爲全局字符串列表的每一個字符串的引用,均被move到test類對象ot的成員變量t_中,vector容器temp不再持有全局字符串列表中每一個字符串的引用權限
故無法打印
第三輪glog: 對象ot的成員t_持有全局字符串列表每一個字符串的引用,所以可以打印

移動構造函數,最大的用途避免同一份內存數據的不必要的變成兩份甚至多份、過程中的變量傳遞導致的內存複製,另外解除了棧變量對內存的引用
實際應用時往往如下這樣:
int main () {
var a = XXX;
var b = YYY;
.....
object obj(a,b,.....);//使用移動構造函數,免去a的複製構造成本(避免深拷貝造成XXX、YYY在main裏有一份,obj裏還有一份,而且obj構造時可能還得內存複製),另外以後臨時變量a再無權修改對應內存,完全消除全部隱患
}

例三:c++11風格的新老容器的數據移交:

如果一個老容器如vector容器oldv,需要將其內部數據複製給新容器如vector容器newv,且老容器後面無用,數據量很大;

那麼c++11的std::make_move_iterator將派上用場,它可以將一個普通迭代器,如oldv.begin(),轉化爲"move式迭代器",配合std::copy,將老容器內全部數據的引用,move給新容器同時取消老容器對數據的持有權。這就是c++11風格的高速數據拷貝方式。

std::vector<std::string> oldv = {"123", "456", "789"};
    std::vector<std::string> newv(oldv.size());

    for (auto &i: oldv) {
        std::cout << i << "\t";
    }
    std::cout << std::endl;
    std::copy(std::make_move_iterator(oldv.begin()), std::make_move_iterator(oldv.end()), newv.begin());	//c++11做法,move引用
    //std::copy(oldv.begin(), oldv.end(), newv.begin());	//傳統做法,複製
    for (auto &i: oldv) {
        std::cout << i << "\t";
    }
    std::cout << std::endl;
    for (auto &i: newv) {
        std::cout << i << "\t";
    }
    std::cout << std::endl;
第一次打印:老容器正常打印

第二次打印:老容器無法打印了,因爲每個
第三次打印:新容器正常打印

關於右值引用是c++11的一大重點,還有很多其他相關內容,個人認爲理解和運用到這裏基本可滿足了。

5、繼承構造函數

回到c++11的關於類的構造問題,近似於委託構造函數原理,如下:

    struct A {
        int a;
        A(int _a):a(_a + 100){}
    };
    struct B : public A {
        int b;
        B(int _b):A(_b), b(_b + 10000){}
    };

    B obj(1);
    std::cout << obj.a << ", " << obj.b << std::endl;

3.2、override和final

作用於虛函數,更多的作用是:顯式的標識是否應該多態繼承或不應該

1、override:子類用override修飾其虛函數,表示要多態繼承基類的虛函數。不可以修飾非虛函數

舉一個rocksdb的merge運算符重載的例子:

class ProcessMerge : public rocksdb::MergeOperator {
public:
    virtual bool FullMergeV2 (const MergeOperationInput &merge_in,
                              MergeOperationOutput *merge_out) const override {
        merge_out->new_value.clear();
        if (merge_in.existing_value != nullptr) {
            merge_out->new_value.assign(merge_in.existing_value->data(), merge_in.existing_value->size());
        }

        for (const rocksdb::Slice& m : merge_in.operand_list) {
            merge_out->new_value.append("|");
            merge_out->new_value.append(m.data(), m.size());
        }

        return true;
    }

    const char* Name() const override { return "ProcessMerge"; }
};

2、final:基類用final修飾其虛函數,意外其子類不可以多態繼承該虛函數

class father {
    public:
        int a_;
        int GetA() {return a_;}
        virtual void SetA(int a) {
            a_ = a;
            LOG(INFO) << "father modify a to " << a_;
        }
        //add keyword final to avoid non-anticipated inherit in compling but not errored in running
        //virtual void SetA(int a) final {a_ = a;}
    public:
        father(int a):a_(a) {}
    };

    class Son: public father {
        int b_;
    public:
        Son(int a, int b):father(a), b_(b) {}
        //add keyword override to avoid the error in compling but not errored in running.(eg. 'int SetA(double a){...} override' woule be errored by compiler)
        virtual void SetA(int a) override {
            a_ = a;
            LOG(INFO) << "son modify a to " << a_;
        }
        //virtual void SetA(double a) override {a_ = a;}
    };
如father基類的SetA實現爲"virtual void SetA(int a) final {a_ = a;}",則子類Son再多態繼承實現SetA方法就會報錯了。


3.3、建議:

構造與析構:全部的複製構造、賦值構造、所有權移動構造、自定義構造函數,以及全部的複製運算符、賦值運算符、所有權移動運算符,儘可能自行全部都實現

繼承:子類的虛函數多態實現要加override顯式的表明,不讓子類多態實現的虛函數也要記得加入final;

宗旨:讓c++11的編譯器更多的幫助發現問題


4、lambda、bind、function:

函數式編程是c++11重要亮點之一

4.1、直接lambda表達式

完全如同python

    int a = 1, b = 2;
    auto multi = [](int a, int b){
        b = a + a + a;
        return a + b;
    };

    LOG(INFO) << "by lambda: " << multi(a, b);
函數multi


4.2、c++11風格的函數指針std::function & std::bind

	int func1 (int a, int b) {
	    b = a + a + a;
	    return a + b;
	}

	auto a = 1, b = 2;
	std::function<int (int, int)> modify_add0(func1);
        LOG(INFO) << "directly assign function: " << modify_add0(a, b);
通過指定返回值、參數列表、綁定的函數和函數名,定義一個函數(指針)modify_add0


綁定的函數,可以是普通函數,也可以是類成員函數,同時指定:

    class ca {
    public:
        bool func(int a) {
            LOG(INFO) << "aaa: " << a;
        }
    };

    ca o;
    std::function<bool (int)> f = std::bind(&ca::func, o, std::placeholders::_1);
    f(1);
原先只有在boost出現且極爲受限的函數佔位符,也加入到了標準庫,即std::placeholders,傳遞自定義參數

綁定類成員函數時,需要配合使用std:bind。

bind和placeholders,同樣可以用於普通函數:

int func1 (int a, int b) {
    b = a + a + a;
    return a + b;
}

auto a = 1, b = 2;
auto auto1 = std::bind(func1, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2);
LOG(INFO) << "directly run auto: " << auto1(a, b);
auto可以自動識別標準類型的變量的類型,同樣可以用於std:;function:
int func1 (int a, int b) {
    b = a + a + a;
    return a + b;
}

auto a = 1, b = 2;
auto auto1 = std::bind(func1, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2);
LOG(INFO) << "directly run auto: " << auto1(a, b);
std:;function作爲函數指針,同樣可以作爲參數傳遞並執行:

int func1 (int a, int b) {
    b = a + a + a;
    return a + b;
}

int func3 (auto f) {
    return f(1, 2);
}

auto a = 1, b = 2;
auto auto1 = std::bind(func1, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2);
LOG(INFO) << "run auto in function: " << func3(auto1);
bind內不僅不再有boost佔位符實現的1st、2nd的個數限制,還可以傳遞常量,並可以指定參數的順序:

    int func2 (int a, double b, std::string c) {
        b = a + a + a;
        return int(a + b);
    }

    /*std::function內的定義了該function調用時的順序, 也是_1、_2、..._n的順序, bind內要整理符合綁定的函數參數順序*/
    std::function<int (std::string, int)> modify_add2 = std::bind(func2, std::placeholders::_2, 2.0, std::placeholders::_1);
    LOG(INFO) << "by bind with partly arg: " << modify_add2("aaa", 1);
modify_add2函數執行時,第一個參數"aaa"第二個參數1,貌似和綁定的函數func2的順序不符,就是因爲bind內指定了佔位符標識,佔位符2作爲第一個參數,常量2.0作爲第二個參數,佔位符1作爲第三個參數,即1、2.0、"aaa"

更廣泛的用法,直接定義函數體:

    std::function<int ()> modify_add3 = std::function<int ()>([=, &b]{
        b = a + a + a;
        return a + b;
    });
    LOG(INFO) << "directly in-function: " << modify_add3();

這個做法是後面描述的std::thread的典型適配方法,讓static void thread_func(void *arg) {......}作爲線程執行函數體的作法成爲歷史

對於函數參數爲引用、常引用、指針的方法:

int func4 (const int &a, int &b) {
    b = 3;
    return a + b;
}
    
int func5 (int *a) {
    return *a;
}

std::function<int (const int&, int&)> modify_add4 = std::bind(func4, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2);
LOG(INFO) << "args is const reference and reference: " << modify_add4(std::cref(a), std::ref(a));
std::function<int (int *)> modify_add5 = std::bind(func5, std::placeholders::_1);
LOG(INFO) << "args is const reference and reference: " << modify_add5(&a);

在這裏,std::ref、std::cref派上了用場

5、動態指針

這也是c++11一個重要亮點

如同函數式編程,動態指針同樣大量移植了原先boost裏的東西

5.1、unique_ptr

功能基本對應boost的scoped_ptr,或之前stl的auto_ptr,生命週期隨構造者,reset自動析構再重新構造,get判斷是否有效、支持放在容器內;

真正意義智能指針。

不論是臨時變量指針、類成員指針變量.....90%的指針都應該用這個

5.2、shared_ptr

功能對於boost的shared_ptr,可以有多個持有者的共享指針,即所謂引用計數型指針,直到最後一個持有者delete釋放時,其指向的資源纔會真正被釋放

典型應用案例:如對同一個全局無鎖隊列對象由shared_ptr封裝,多線程的多個持有者均持有對其的引用。直到全部線程都釋放掉對其的引用時,該無鎖隊列對象纔會被最終銷燬。

也就是shared_ptr適合用於管理“全局動態資源”

6、多線程與互斥同步(互斥鎖,條件變量)

這也是c++11的一個重要亮點

c++11的多線程管理瞬間變得和boost甚至比boost的還要方便:

static void *ThreadFunc(void *arg) {
    reinterpret_cast<ThreadPool *>(arg)->process();
    return 0;
}

int a = new int;
std::thread th(&ThreadFunc, (void *)&a);
一個線程池的構造:
ThreadPool::ThreadPool (int thread_num): thread_num_(thread_num),
                                         pending_num_(0),
                                         running_num_(0),
                                         task_count_(0),
                                         stop_(true) {
    Start();
}

ThreadPool::~ThreadPool () {
    Stop(false);
}

bool ThreadPool::Start () {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx_);
    stop_ = false;
    for (auto i: common::Range(0, thread_num_)) {
        ths_.push_back(std::thread(&ThreadFunc, this));
    }
}
就是這樣創建並運行

結合前邊的std::function,可以讓static void ThreadFunc(void *arg)成爲歷史:

    std::unique_ptr<std::thread> agent_;

    agent_.reset(new std::thread([this] () {
        while (1) {
            std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx_);
            if (!lockfreequeue_.get() || (lockfreequeue_->empty() && !stop_)) {
                std::cv_status cvsts = cond_.wait_for(lock, std::chrono::milliseconds(100));
                if (cvsts == std::cv_status::timeout) {
                    continue;
                }
            }
            if (stop_) {
                break;
            }

            void *msg = nullptr;
            lockfreequeue_->pop(msg);
            if (msg) {
                Task task = std::bind(&DataPreProcess::PreProcess, this, msg);
                workers_->AddTask(task);
            }
        }

        LOG(INFO) << "agent thread exit.";
    }));

即,直接定義函數體。在c++11直接定義函數體代替靜態函數是非常常用的方式。


提到多線程,不能不提到多線程互斥與同步,c++11在這方面同樣大量移植boost:

std:;mutex

std::unique_lock

std::condition_variable

它們讓多線程共用全局posix互斥鎖、條件變量的方式成爲歷史

std::unique_lock和std::condition_variable,基本對應boost的scoped_lock和condition_variable,使用方法完全一樣


以線程池的部分實現爲例:

1、首先聲明和定義線程池的執行實體:

using Task = std::function<void ()>;
struct Timertask {
    bool flag_;
    Task task_;
    int64_t timeval_;
    int64_t exec_time_;
    bool operator< (const struct Timertask otherone) const {
        return exec_time_ > otherone.exec_time_;
    }
    Timertask(const Task &task, int64_t timeval, int64_t exec_time, bool flag = false):flag_(flag), task_(task), timeval_(timeval), exec_time_(exec_time) {}
    Timertask(const Task &task, int64_t timeval, bool flag = false):flag_(flag), task_(task), timeval_(timeval) {
        int64_t nowtime = common::getime_micros();
        exec_time_ = timeval_ + nowtime;
    }
};
業務上包括任務Task、和定時任務Timertask兩類,執行實體都是Task

Timertask重載<是因爲定時任務需要按時間臨的遠近排序,線程池的定時任務隊列的實現是一個堆,所以這裏需要重載<;flag_意爲是一次性定時任務還是例行定時任務。

這些非本部分關注點不影響閱讀即可。


2、線程池的聲明,重點關注多線程互斥鎖、條件變量成員

class ThreadPool {
private:
    std::atomic<uint64_t> pending_num_;
    std::atomic<uint64_t> running_num_;
    uint64_t task_count_;

    bool stop_;
    int thread_num_;
    std::vector<std::thread> ths_;

    std::mutex mtx_;
    std::condition_variable cond_;
    std::deque<Task> queue_;
    std::priority_queue<Timertask> timer_queue_;

public:
    ThreadPool(int thread_num);
    ~ThreadPool();
    bool Start();
    bool Stop(bool graceful);

    void AddTask(const Task &task);
    void AddPriorityTask(const Task &task);
    void AddDelayTask(int timeval, const Task &task);
    void AddTimerTask(int timeval, const Task &task);
    bool IsEmpty() {return (running_num_ > 0)?false:true;}
    bool CancelTask();

    static void *ThreadFunc(void *arg) {
        reinterpret_cast<ThreadPool *>(arg)->process();
        return 0;
    }
    void process();
};


3、線程池構造與析構

重點關注析構,析構函數在"優雅模式"下,可以通過原子成員變量pending_num_獲知是否全部任務執行完畢

非優雅模式下,首先置stop_標誌位爲false意爲即將析構,並通過條件變量cond_的notify_all喚醒全部線程,使其執行完當前任務後退出

bool ThreadPool::Start () {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx_);
    stop_ = false;
    for (auto i: common::Range(0, thread_num_)) {
        ths_.push_back(std::thread(&ThreadFunc, this));
    }
}

bool ThreadPool::Stop (bool graceful) {
    if (graceful) {
        while (pending_num_) {
            std::chrono::milliseconds duration(5000);
            std::this_thread::sleep_for(duration);
        }
    }

    stop_ = true;
    cond_.notify_all();
    for (auto i: common::Range(0, thread_num_)) {
        ths_[i].join();
    }

    pending_num_ = running_num_ = task_count_ = 0;
}
線程池的線程的實際執行函數,在執行完當前任務後會發現stop_標誌位已經爲false了,會紛紛退出

每個線程被操作系統調度到後,首先霸佔互斥鎖,注意c++11的互斥鎖使用方法;

然後從任務隊列中取出任務,然後釋放掉互斥鎖,自己去執行任務;如果沒有任務,釋放鎖並一直等待條件變量的被通知

void ThreadPool::process () {
    while (1) {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx_);
        while (timer_queue_.empty() && queue_.empty() && !stop_) {
            cond_.wait(lock);
        }

        if (stop_) {
            break;
        }

        if (!timer_queue_.empty()) {
            int64_t nowtime = common::getime_micros();
            Timertask newestask = timer_queue_.top();
            if (newestask.exec_time_ <= nowtime) {
                timer_queue_.pop();
                Task task = newestask.task_;
                bool flag = newestask.flag_;
                int64_t timeval = newestask.timeval_;
                if (flag) {
                    Timertask newtask(task, timeval, true);
                    timer_queue_.push(newtask);
                    ++task_count_;
                }

                ++running_num_;
                --pending_num_;
                lock.unlock();
                task();
                lock.lock();
                --running_num_;
            }
        }

        if (!queue_.empty()) {
            Task task = queue_.front();
            queue_.pop_front();

            --pending_num_;
            ++running_num_;
            lock.unlock();
            task();
            lock.lock();
            --running_num_;
        }
    }


當給線程池加入新的要執行的任務,也會先霸佔鎖並向任務隊列里加入新的任務,然後通知某一個正在等待條件變量同步的sleeping的線程(notify_one):

普通任務以雙向數組std::deque管理,按是否重要選擇前插還是後插

void ThreadPool::AddTask (const Task &task) {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx_);
    queue_.push_back(task);
    ++pending_num_;
    ++task_count_;
    cond_.notify_one();
}

void ThreadPool::AddPriorityTask (const Task &task) {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx_);
    queue_.push_front(task);
    ++pending_num_;
    ++task_count_;
    cond_.notify_one();
}

void ThreadPool::AddDelayTask (int timeval, const Task &task) {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx_);
    Timertask newtask(task, timeval);
    timer_queue_.push(newtask);
    ++task_count_;
    cond_.notify_one();
}

void ThreadPool::AddTimerTask (int timeval, const Task &task) {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx_);
    Timertask newtask(task, timeval, true);
    timer_queue_.push(newtask);
    ++task_count_;
    cond_.notify_one();
}



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