C++ 多线程示例

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功能说明

演示 C++ 标准库中的多线程编程特性，包括线程创建、异常处理、std::future/std::promise 异步编程以及互斥锁和条件变量的使用。本示例展示了如何在多线程环境下安全地共享数据和进行线程同步。

硬件连接

无需外部连接，多线程为软件功能，不依赖硬件资源。

示例内容

  1. 演示 C++ 异常处理机制（try-catch）

  2. 演示基本线程创建和同步（std::thread）

  3. 演示 std::future 和 std::promise 异步编程

  4. 演示 std::packaged_task 和 std::async 的使用

  5. 演示互斥锁（std::mutex）保护共享数据

  6. 演示条件变量（std::condition_variable）实现生产者-消费者模式

编译

重要提示：在编译前，请先确认您使用的开发板型号。SDK 目前支持以下开发板：

  • arcs_evb - ARCS EVB 评估板

  • arcs_mini - ARCS Mini 开发板

根据您的开发板型号，选择对应的编译命令：

在示例目录下执行编译:

# 使用 arcs_evb 开发板
./build.sh -C -DBOARD=arcs_evb

# 或使用 arcs_mini 开发板
./build.sh -C -DBOARD=arcs_mini

Note

如果在 SDK 根目录执行，需要指定示例路径:

# 使用 arcs_evb 开发板
./build.sh -C -S samples/<示例路径> -DBOARD=arcs_evb

# 或使用 arcs_mini 开发板
./build.sh -C -S samples/<示例路径> -DBOARD=arcs_mini

Note

确保已安装对应的工具链。

烧录固件

编译完成后，使用 SDK tools 目录下的 cskburn 工具烧录固件:

./tools/burn/cskburn -s /dev/ttyUSB0 -b 3000000 0x0 build/arcs.bin -C arcs

Note

烧录参数说明：

  • -s /dev/ttyUSB0：串口设备路径，需要根据实际情况修改 - Linux 系统：通常是 /dev/ttyUSB0 或 /dev/ttyACM0 - 可通过 ls /dev/tty* 命令查看可用串口设备 - 不同开发板或 USB 转串口芯片可能使用不同的设备名

  • -b 3000000：烧录波特率（3Mbps）

  • 0x0：烧录起始地址

  • build/arcs.bin：编译生成的固件路径

  • -C arcs：芯片类型

注意事项：

  • 确保开发板已正确连接到电脑

  • 如果无法识别串口设备，请检查 USB 连接线是否正常，或尝试其他 USB 端口

预期输出

Caught a runtime error: Error occurred
Thread 1: 1
Thread 2: 1
Thread 1: 2
Thread 2: 2
Thread 1: 3
Thread 2: 3
Thread 1: 4
Thread 2: 4
Thread 1: 5
Thread 2: 5
Both threads completed.


======= Starting Future/Promise Tests =======

=== Basic Future/Promise Example ===
Promise thread: calculating value...
Main thread: waiting for value...
Promise thread: value set
Main thread: received value 42

=== Another Future/Promise Example ===
Another promise thread: calculating value...
Main thread: waiting for another value...
Another promise thread: value set
Main thread: received another value 100

=== Packaged Task Example ===
Packaged task: calculating result for 5...
Main thread: waiting for packaged task result...
Main thread: packaged task result is 25

=== Async Example ===
Starting async task with launch::async...
Main thread: doing other work while waiting...
Async task: working in separate thread...
Main thread: getting async result...
Main thread: async result is 100
Starting async task with launch::deferred...
Main thread: calling get() on deferred task...
Deferred task: executing in caller's thread when get() is called...
Main thread: deferred result is 200

======= Future/Promise Tests Completed =======


======= Starting Mutex/Condition Variable Tests =======

=== Mutex and Condition Variable Tests ===

=== Basic Mutex Example ===
Starting two threads that increment a counter with mutex protection...
Final counter value: 20000
Expected value: 20000

=== Basic Condition Variable Example ===
Starting consumer thread...
Starting producer thread...
Produced: 1
Consumed: 1
Produced: 2
Consumed: 2
...

======= Mutex/Condition Variable Tests Completed =======

核心 API

API

说明

std::thread

C++11 线程类，用于创建和管理线程

std::future

异步操作结果的占位符

std::promise

用于在线程间传递值或异常

std::mutex

互斥锁，保护共享资源

std::condition_variable

条件变量，用于线程间同步

std::async

异步执行函数并返回 future

std::packaged_task

封装可调用对象，用于异步执行

关键代码

// 异常处理
try {
    throw std::runtime_error("Error occurred");
} catch (const std::runtime_error &e) {
    std::cout << "Caught a runtime error: " << e.what() << std::endl;
}

// 创建和同步线程
std::thread t1(printNumbers, 1);
std::thread t2(printNumbers, 2);
t1.join();
t2.join();

// 使用 promise 和 future
std::promise<int> intPromise;
std::future<int> intFuture = intPromise.get_future();
std::thread t(promiseFunction, std::move(intPromise));
int value = intFuture.get();  // 等待并获取值

// 使用互斥锁保护共享数据（推荐使用 lock_guard）
std::mutex mtx;
{
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
    // 访问共享数据（自动加锁和解锁）
    counter++;
}

注意事项

  1. 线程同步: 多个线程访问共享数据时必须使用互斥锁或其他同步机制保护

  2. 线程生命周期: 必须调用 join() 或 detach() 来管理线程生命周期，否则程序会异常终止

  3. 异常安全: 在多线程环境中，异常处理需要特别注意，确保资源正确释放

  4. 死锁避免: 使用多个互斥锁时要注意避免死锁，建议按固定顺序获取锁

  5. 条件变量: 使用条件变量时必须配合互斥锁，等待条件时必须使用 std::unique_lock

  6. Future/Promise: std::promise 只能设置一次值，多次设置会导致异常