C++ 内存管理中的线程安全

C 中的线程安全内存管理通过确保多个线程同时访问共享数据时不会出现数据损坏或竞争条件，来保证数据完整性。关键要点：使用 std::shared_ptr 和 std::unique_ptr 等智能指针实现线程安全的动态内存分配。使用互斥锁（例如 std::mutex）保护共享数据，防止多个线程同时访问。实战案例中使用共享数据和多线程计数器，演示了线程安全内存管理的应用。

C 内存管理中的线程安全

线程安全是指当多个线程同时访问共享数据时，不会出现任何数据损坏或竞争条件的问题。在 C 中，当使用多线程时，内存管理至关重要，因为它涉及共享数据和同步访问。

动态内存分配

在 C 中，使用 new 和 delete 运算符进行动态内存分配。然而，这些运算符本身不是线程安全的：

int *ptr = new int;
delete ptr;

如果多个线程同时使用此代码，则可能导致释放后使用（use-after-free）问题或双重释放问题。

线程安全的动态内存分配

为了确保线程安全的动态内存分配，C 标准库提供了一些线程安全的替代方案：

• std::shared_ptr：一种智能指针，它可以安全地同时被多个线程共享。它使用引用计数来跟踪共享程度，并在不再有线程引用指针时释放内存。
• std::unique_ptr：一种智能指针，它只能被一个线程拥有。它在对象不再需要时立即释放内存。

示例：线程安全共享资源

考虑一个包含共享资源（例如统计数据）的类：

class SharedData {
public:
  std::mutex mtx; // 互斥锁
  int count = 0;

  void increment() {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx); // 获取互斥锁
    ++count;
  }
};

该类使用互斥锁 mtx 来保护共享数据，从而确保当多个线程同时访问 increment() 方法时，计数不会被破坏。

实战案例：多线程计数器

以下是一个实战案例，演示如何使用线程安全的动态内存分配和同步：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <vector>
#include <memory>

std::shared_ptr<SharedData> sharedData = std::make_shared<SharedData>();

void incrementThread() {
  for (int i = 0; i < 1000000; ++i) {
    sharedData->increment();
  }
}

int main() {
  std::vector<std::thread> threads;
  for (int i = 0; i < 10; ++i) {
    threads.emplace_back(incrementThread);
  }

  for (auto &thread : threads) {
    thread.join();
  }

  std::cout << "Final count: " << sharedData->count << std::endl;

  return 0;
}

这个程序创建了共享数据并将其作为 std::shared_ptr 引用。然后它创建了 10 个线程，每个线程都递增计数器 1,000,000 次。主线程等待所有线程完成，最后打印最终计数。

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