在新颁布的C++新标准C++11中，最令人激动人心的，我想不是auto关键字，也不是Lambda表达式，而是其中的对并行计算的支持——新的线程库(thread)的加入。

多核心CPU的普及应用，C++的主要应用领域，服务器程序，高性能计算等等，都对并行计算提出了新的要求，而这次C++中全新添加的线程库，就是 对这一趋势的应对。现在，C++程序员可以轻松地编写多线程的程序，而无需借助系统API或者是第三方程序库的支持。线程库的加入给C++带来的变化，无 异于 194，翻身的程序员们把歌唱。

C++11中的线程库，很大程度上直接来自boost这块C++的试验田，其基本架构和组件都完全相同，如果你是一个boost线程库的使用者，那 么在C++11中，你会感觉到是回到了老家一样，到处都是熟人。而如果你是一个完全的新手，也不要紧，C++11中的线程库非常简单，任何人都可以轻松上 手，我就是这样，但是要深究，还得好好学习。

下面是一个简单的例子，用到了线程库中的线程（thread）,互斥（mutex）,条件变量（condition），来模拟一个演唱会的入场检票的场景，另外，为了模拟观众，用到了C++11中的新的随机数的产生，模拟一个正态分布的访客人群。不说了，还是看代码：

#include <iostream>
#include <queue>
#include <vector>
// 随机数
#include <random>
// 这里，我使用了boost实现的线程库，如果你的编译器已经支持C++11，则使用<thread>是一样的
#include <boost\thread.hpp>
#include <boost\thread\locks.hpp>
#include <boost\thread\condition.hpp>

using namespace std;
using namespace boost;

// 共享资源和互斥对象
mutex mtx;
bool finish = false;  // 表示观众到来是否结束

// 观众，主要是为了表示检票过程中的检票耗费时间
class viewer
{
public:
    void check()
    {
        // 线程等待
        posix_time::milliseconds worktime(400); 
        this_thread::sleep(worktime);   
    }
    void arrival(int t)
    {
        posix_time::seconds arrtime(t); 
        this_thread::sleep(arrtime);   
    }
};
// 检票口
// 它有一个队列，用于保存到来的观众，并且用一个线程来处理队列中的观众
class gate
{
    typedef boost::mutex::scoped_lock scoped_lock;
public:
    gate():count(0),no(0){};
    // 启动线程
    void start(int n)
    {
        no = n;
        t = thread(&gate::check,this);
    }

    // 检票
    void check()
    {
        // 无限循环，知道观众数为0且不会有新的观众到来
        while(true)
        {
            viewer v;
            {
                // 锁定互斥对象，开始访问对列
                scoped_lock lock(m);
                if(0==vque.size())  // 如果队列为空
                {
                    {
                    // 判断是否还会有新的观众到来，也即是表示到达的线程是否结束
                    scoped_lock finlk(mtx);
                    if(finish)
                        return; // 如果已经结束，检票也同样结束
                    }
                    // 如果观众数为0，则等待新的观众的到来
                    while(0 == vque.size())
                    {   
                          // 这里的wait()是条件变量的关键，它会先是否lock所锁定的互斥对象m一定时间，
                          // 然后再次锁定，接着进行（0==vque.size()）的判断。如此往复，知道size不等于0，
                          // 循环条件无法满足而结束循环，这里表达的条件就是，只有size!=0，也就是队列中有
                          // 观众才继续向下。
                          cond.wait(lock);
                    }
                }
                // 从对列中获得观众，对其进行检票
                v = vque.front();
                vque.pop();
                cond.notify_one(); // 这里是通知添加观众的进程，表示队列已经有空位置了，可以添加新的观众
            }
            v.check();
            ++count;
        }
    }
    // 将观众添加到队列
    void add(viewer v)
    {

        // 同样运用条件变量，判断队列是否已经满了
        // 只有在队列尚未满的情况下才向下继续
        scoped_lock lock(m);
        while(vque.size() >= 15 )
        {
            cond.wait(lock);
        }
        vque.push(v); // 将观众添加到队列
        cond.notify_one();  // 通知检票进程，新的观众进入队列，这样在size=0时等待的条件可以更新
    }
    int getcount()
    {
        return count;
    }
    int getno()
    {
        return no;
    }
    // 等待线程执行完毕返回
    void join()
    {
        t.join();
    }
private:
    thread t;
    mutex m;
    condition cond;
    queue<viewer> vque;
    int count;
    int no;
};

// 一共有10个检票口
vector<gate> vgates(10);

// 用随机数模拟观众到达
void arrival()
{   
    default_random_engine re{}; // 产生一个均值为31的正态分布的随机数
    normal_distribution<double> nd(31,8);

    // 将随机数引擎和分布绑定一个函数对象
    auto norm = std::bind(nd, re);
    // 保存随机数的容器
    vector<int> mn(64);
   
    // 产生随机数
    for(int i = 0;i<700;++i)
        ++mn[round(norm())];
   
    int secs = 100;
    // 产生0到9的随机数，表示观众随机地到达某一个检票口
    uniform_int_distribution<int>  index{0,9};
     
    // 进入检票口队列
    for(auto i:mn)
    {
        cout<<i<<endl;
        for(auto vi = 1; vi <= i; ++vi)
        {
            // 将观众添加到某个gate的队列中
             (vgates[index(re)]).add(viewer());
            // 等待一段时间
            int t = round(secs/(float)(i+1));
            this_thread::sleep(
            posix_time::milliseconds(t));
        }
    }
    // 观众已经全部到达，进入队列
     cout<<"finish"<<endl;
    mtx.lock();
    finish = true;
    mtx.unlock();
    //cout<<"unlock"<<endl;
}

int main()
{
    int i = 1;
    // 启动检票线程
    for(gate& g:vgates)
    {
        g.start(i);
        ++i;
    }
    // 启动到达线程，看看，在C++11中新线程的创建就这么简单
    thread arr = thread(arrival);
    // 等待线程结束
    arr.join();
    int total = 0;
    // 等待检票线程结束，并输出处理的人数
    for(gate& g:vgates)
    {
        g.join();
        total += g.getcount();
        cout<<"gate "<<g.getno()
            <<" processed "<<g.getcount()<<" viewers."<<endl;
    }
    cout<<"there are "<<total<<"viewers in total."<<endl;
    return 0;
}
这就是一个线程库的简单应用，模拟了非常复杂的场景。

在C++11中，我们可以使用shared_ptr管理某个对象的所有权，负责对象的析构。然而在某些情况下，我们只是希望安全的访问某个对象，而不想拥有这个对象的所有权，对这个的析构负责（有点像电视剧中的那些不负责任的男人哦，只是玩玩而已，不会负责）。在这种情况下，我们可以使用表示弱引用的weak_ptr。

weak_ptr可以由一个shared_ptr构建，表示这个weak_ptr拥有这个shared_ptr所指向的对象的访问权，注意，这里仅仅是访问权，它不会改变智能指针的引用计数，自然也就不会去析构这个对象。利用weak_ptr，我们就可以安全地访问那些不具备所有权的对象。

一个现实中的例子就是学校的传达室，传达室拥有一本学生的名单，如果某个电话来了找某个学生，传达室会根据花名册去尝试访问这个学生，如果这个学生还在学校，就直接呼叫这个学生，如果已经离开了，这给这个学生留一个消息。在这里，花名册上的学生可能还在学校（对象还存在），也可能已经离开学校（对象已经析构），我们都需要对其进行访问，而weak_ptr就是用来访问这种不确定是否存在的对象的。

http://imcc.blogbus.com/

读者Terry问到一个关于拷贝构造函数的问题，大家可以参考答Terry：拷贝构造函数，其中论述了拷贝构造函数的必要性，然而，任何事物都是具有两面性的，有时候我们需要自己定义类的拷贝构造函数来完成类的拷贝，然后，有的时候，这种以拷贝一个对象来完成另外一个对象的创建是不合理的（也就是在现实世界中，这种对象没有可复制性，例如，人民币），是应该被禁止的。我们来举一个吃火锅的例子：

// 火锅，可以从中取出其中烫的东西
class hotpot
{
public:
hotpot(string f) : food(f)
{
}
string fetch()
{
return food;
}
private:
string food;
};

// 吃火锅用的碗，当然是每个人专用的
class bowl
{
public:
bowl(string o) : owner(o)
{
}
void put(string food)
{
cout<<"put "< }

private:
string owner;
};
// 吃火锅的人
class human
{
public:
// 名子和吃的火锅
human(string n,shared_ptr ppot) : name(n),pot(ppot)
{
pbowl = new bowl(name);
};
// OK了，从火锅中取出来放到自己的碗里
void fetch()
{
string food = pot->fetch();
// 放到自己的碗里
coutput(food);
}

private:
string name;
shared_ptr pot;
bowl* pbowl;
};
int main()
{
// 服务员端上来牛肉火锅
shared_ptr fpot(new hotpot("beaf"));
// terry入席
human terry("terry",fpot);
// 又来了一个姓陈的，这里用的是默认的拷贝构造函数来创建terry的副本
human chen = terry;
// terry夹了一块肉
terry.fetch();
// 陈先生也夹了一块肉
chen.fetch();

return 0;
}

到这里，似乎看起来一切OK，然而从程序输出中我们却发现了问题：

terry put beaf into terry's bowl.
terry put beaf into terry's bowl.

O my god！明明是两个人（terry和chen），但是好像却只有一个人做了两次，陈先生也把肉加到了terry的碗里。

这就是当类中有指针类型的数据成员时，使用默认的拷贝构造函数所带来的问题，导致其中的某些指针成员没有被合理地初始化，这别是当这些指针指向的是与这个对象（human）有所属关系的资源（bowl），在这种时候，我们必须自己定义类的拷贝构造函数，完成指针成员的合理初始化。在human中添加一个拷贝构造函数

human(const human& h)
{
// 两个人显然不能同名，所以只好给个无名氏了
name = "unknown";
// 使用不同的碗
// bowl和human有所属关系，所以这里必须创建新的对象
pbowl = new bowl(name);
// 不过可以吃同一个火锅
// pot和human并没有所属关系，所以可以共享一个对象
pot = h.pot;
};

添加拷贝构造构造函数之后，两个人不会将东西放到同一个碗中了，自己取得东西不会放到别人的碗里：

terry put beaf into terry's bowl.
unknown put beaf into unknown's bowl.

这样修改好多了，至少两个人不会用同一个碗了。然而，这样还是有问题，我们无法给第二个人命名，他成了无名氏了，这就是类当中的那些没有可复制性的数据成员（一个人的名字自然不可以复制给另外一个人，如果human中有个wife，那肯定要上演世界大战了），拷贝构造函数就会产生这样的问题。

实际上，对于这类不具备可复制性的对象，为了不引起混乱，其拷贝构造操作是应当被禁止的，新标准C++11就注意到了这个问题，提供了一个delete关键字来禁用某些可能存在的（即使你规定human不可复制，也无法阻止程序员在使用human时写出human chen = terry这样的不合理的代码）默认的（类的拷贝构造函数是默认提供的，对于那些不具备可复制性的类来说，这简直是画蛇添足，好心办了坏事情）不合理的操作，这样，我们就不能使用拷贝 构造函数了：

// 禁用human的拷贝构造函数
human(const human& h) = delete;

经过这样的定义，当我们在代码中尝试将一个对象复制给另外一个对象（会调用拷贝构造函数）时，编译器就会出错误提示，提醒程序员：hi，这样可不行，我是独一无二的，不能够被复制

human chen = terry;

编译器给这样的提示：
Noname1.cpp:41:2: error: deleted function 'human::human(const human&)'
Noname1.cpp:59:15: error: used here

所以，总结起来，在使用拷贝构造函数时，有两个需要注意的地方：

• 如果类当中有指向具有所属关系的对象的指针时（human中的pbowl指向的是属于human的bowl对象，每个human对象应该有专属的bowl对象），我们必须自定义拷贝构造函数，为这个指针创建属于自己的专属对象。
• 如果这个类当中，有不具备可复制性的成员（例如name，rmb，wife等），为了防止对象被错误的复制（即使我们没有定义拷贝构造函数，编译器也会默认提供，真是多此一举），我们必须用delete禁用拷贝构造函数，这样才能保证对象不会被错误地复制。关于human的克隆技术，应当是被明令禁止（delete）的。

5.1.2 函数调用机制

在学习编写函数之前，我们首先要了解函数的调用机制，学会如何调用一个已经存在的函数。世界上已经有很多函数，我们可以直接调用这些函数来完成日常任务。世界上已经有很多轮子，我们没有必要再去发明更多同样的轮子，只需要用好它们就可以了。在实际的开发中，可供调用的现有函数主要有编译器提供的库函数、Windows API及第三方提供的函数库等。通过调用他人的函数，可以复用他人的开发成果，在其开发成果的基础上，实现快速开发，如图5-3所示。

有了别人提供的函数，就可以调用这些函数来完成自己的功能。两个函数之间的关系是调用与被调用的关系，我们把调用其他函数的函数称为主调函数，被其他函数调用的函数称为被调函数。一个函数是主调函数还是被调函数并不是绝对的，要根据其所处的相对位置而定：如果一个函数内部有函数，则相对其内部的函数它就是主调函数；如果它的外部有函数，则相对其外部函数它就是被调函数。

图5-3 天上掉下个函数库

5.1.1 将程序装到箱子中：函数的声明和定义

提问：把大象装到冰箱中需要几步？

回答：需要三步。第一，打开冰箱；第二，把大象放进冰箱；第三，关上冰箱。

提问：那么，把一个程序放进箱子需要几步？

回答：需要两步。第一，声明一个函数；第二，定义这个函数。

没错，把一个函数放进箱子比把大象放进冰箱还要简单。当分析一段长的程序代码时，往往会发现一些代码所实现的功能相对比较独立。我们将程序中这些相对比较独立的功能代码组织到一起，用函数对其进行封装，也就是将一个较长的程序分放到各个函数箱子中。

要装东西，先得准备好箱子。为了找到具体功能实现代码的箱子，需要给箱子贴上标签，这个标签就是函数的声明，如图5-2所示。

图5-2 声明一个函数，为箱子贴上

Ÿ 把程序装进箱子：用函数封装程序功能

在完成豪华的工资统计程序之后，我们信心倍增，开始向C++世界的更深远处探索。

现在，可以使用各种数据类型和程序流程控制结构来编写完整的程序了。但是，随着要处理的问题越来越复杂，程序的代码也越来越复杂，主函数也越来越长了。这就像我们将所有东西都堆放到一个仓库中，随着东西越来越多，仓库慢慢就被各种东西堆满了，显得杂乱无章，管理起来非常困难。面对一个杂乱无章的仓库，聪明的仓库管理员提供了一个很好的管理办法：将东西分门别类地装进箱子，然后有序地堆放各个箱子。

这个好方法也可以用到程序设计中，把程序装进箱子，让整个程序结构清晰。

5.1 函数就是一个大箱子

当要处理的问题越来越复杂，程序越来越庞大的时候，如果把这些程序代码都放到主函数中，将使得整个主函数异常臃肿，这样会给程序的维护带来麻烦。同时，要让一个主函数来完成所有的事情，几乎是一个不可能完成的任务。在这种情况下，可以根据“分而治之”的原则，按照功能的不同将大的程序进行模块划分，具有相同功能的划分到同一个模块中，然后分别处理各个模块。函数，则成为模块划分的基本单位，是对一个小型问题处理过程的一种抽象。这就像管理一个仓库，总是将同类的东西放到同一个箱子中，然后通过管理这些箱子来管理整个仓库。在具体的开发实践中，我们先将相对独立的、经常使用的功能抽象为函数，然后通过这些函数的组合来完成一个比较大的功能。举一个简单的例子：看书看得肚子饿了，我们要泡方便面吃。这其实是一个很复杂的过程，因为这一过程中我们先要洗锅，然后烧水，水烧开后再泡面，吃完面后还要洗碗。如果把整个过程描述在主函数中，那么主函数会非常复杂，结构混乱。这时就可以使用函数来封装整个过程中的一些小步骤，让整个主函数简化为对这些函数的调用，如图5-1所示。

图5-1 将程序封装到箱子，分而治之

4.3.4 对循环进行控制：break与continue

// 大款的收支统计程序

int nTotal = 0;

int nInput = 0;

do

{

cout<< "请输入你的收入或支出：";

cin>>nInput;

if( 1000< nInput ) // 毛毛雨啊，就不用统计了

continue;

nTotal += nInput;

}while( 0 != nInput );

在这个大款的收支统计程序中，nInput接收用户输入后判断其值是否小于1 000，如果小于1 000，则执行continue关键字，跳过后面的加和语句“nTotal += nInput;”，而直接跳转到对条件表达式“0 != nInput”的计算，判断是否可以开始下一次循环。值得注意的是，在for循环中，执行continue后，控制条件变化的更改语句并没有被跳过，仍然将被执行，然后再计算条件表达式，尝试下一次循环。

虽然break和continue都是在某种条件下跳出循环，但是两者有本质的差别：break是跳出整个循环，立刻结束循环语句的执行；而continue只跳出本次循环，继续执行下一次循环。图4-6展示了break和continue之间的区别。

图4-6 break和continue之间的区别

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