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CPP-17-STL-Cookbook
  • Introduction
  • 前言
  • 关于本书
  • 各章梗概
  • 第1章 C++17的新特性
    • 使用结构化绑定来解包绑定的返回值
    • 将变量作用域限制在if和switch区域内
    • 新的括号初始化规则
    • 构造函数自动推导模板的类型
    • 使用constexpr-if简化编译
    • 只有头文件的库中启用内联变量
    • 使用折叠表达式实现辅助函数
  • 第2章 STL容器
    • 擦除/移除std::vector元素
    • 以O(1)的时间复杂度删除未排序std::vector中的元素
    • 快速或安全的访问std::vector实例的方法
    • 保持对std::vector实例的排序
    • 向std::map实例中高效并有条件的插入元素
    • 了解std::map::insert新的插入提示语义
    • 高效的修改std::map元素的键值
    • std::unordered_map中使用自定义类型
    • 过滤用户的重复输入,并以字母序将重复信息打印出——std::set
    • 实现简单的逆波兰表示法计算器——std::stack
    • 实现词频计数器——std::map
    • 实现写作风格助手用来查找文本中很长的句子——std::multimap
    • 实现个人待办事项列表——std::priority_queue
  • 第3章 迭代器
    • 建立可迭代区域
    • 让自己的迭代器与STL的迭代器兼容
    • 使用迭代适配器填充通用数据结构
    • 使用迭代器实现算法
    • 使用反向迭代适配器进行迭代
    • 使用哨兵终止迭代
    • 使用检查过的迭代器自动化检查迭代器代码
    • 构建zip迭代适配器
  • 第4章 Lambda表达式
    • 使用Lambda表达式定义函数
    • 使用Lambda为std::function添加多态性
    • 并置函数
    • 通过逻辑连接创建复杂谓词
    • 使用同一输入调用多个函数
    • 使用std::accumulate和Lambda函数实现transform_if
    • 编译时生成笛卡尔乘积
  • 第5章 STL基础算法
    • 容器间相互复制元素
    • 容器元素排序
    • 从容器中删除指定元素
    • 改变容器内容
    • 在有序和无序的vector中查找元素
    • 将vector中的值控制在特定数值范围内——std::clamp
    • 在字符串中定位模式并选择最佳实现——std::search
    • 对大vector进行采样
    • 生成输入序列的序列
    • 实现字典合并工具
  • 第6章 STL算法的高级使用方式
    • 使用STL算法实现单词查找树类
    • 使用树实现搜索输入建议生成器
    • 使用STL数值算法实现傅里叶变换
    • 计算两个vector的误差和
    • 使用ASCII字符曼德尔布罗特集合
    • 实现分割算法
    • 将标准算法进行组合
    • 删除词组间连续的空格
    • 压缩和解压缩字符串
  • 第7章 字符串, 流和正则表达
    • 创建、连接和转换字符串
    • 消除字符串开始和结束处的空格
    • 无需构造获取std::string
    • 从用户的输入读取数值
    • 计算文件中的单词数量
    • 格式化输出
    • 使用输入文件初始化复杂对象
    • 迭代器填充容器——std::istream
    • 迭代器进行打印——std::ostream
    • 使用特定代码段将输出重定向到文件
    • 通过集成std::char_traits创建自定义字符串类
    • 使用正则表达式库标记输入
    • 简单打印不同格式的数字
    • 从std::iostream错误中获取可读异常
  • 第8章 工具类
    • 转换不同的时间单位——std::ratio
    • 转换绝对时间和相对时间——std::chrono
    • 安全的标识失败——std::optional
    • 对元组使用函数
    • 使用元组快速构成数据结构
    • 将void*替换为更为安全的std::any
    • 存储不同的类型——std::variant
    • 自动化管理资源——std::unique_ptr
    • 处理共享堆内存——std::shared_ptr
    • 对共享对象使用弱指针
    • 使用智能指针简化处理遗留API
    • 共享同一对象的不同成员
    • 选择合适的引擎生成随机数
    • 让STL以指定分布方式产生随机数
  • 第9章 并行和并发
    • 标准算法的自动并行
    • 让程序在特定时间休眠
    • 启动和停止线程
    • 打造异常安全的共享锁——std::unique_lock和std::shared_lock
    • 避免死锁——std::scoped_lock
    • 同步并行中使用std::cout
    • 进行延迟初始化——std::call_once
    • 将执行的程序推到后台——std::async
    • 实现生产者/消费者模型——std::condition_variable
    • 实现多生产者/多消费者模型——std::condition_variable
    • 并行ASCII曼德尔布罗特渲染器——std::async
    • 实现一个小型自动化并行库——std::future
  • 第10章 文件系统
    • 实现标准化路径
    • 使用相对路径获取规范的文件路径
    • 列出目录下的所有文件
    • 实现一个类似grep的文本搜索工具
    • 实现一个自动文件重命名器
    • 实现一个磁盘使用统计器
    • 计算文件类型的统计信息
    • 实现一个工具:通过符号链接减少重复文件,从而控制文件夹大小
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  • How it works...

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  1. 第9章 并行和并发

同步并行中使用std::cout

Previous避免死锁——std::scoped_lockNext进行延迟初始化——std::call_once

Last updated 4 years ago

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多线程中的一个麻烦的地方在于,需要对并发线程所要访问的共享数据使用互斥量或其他方式进行保护,以避免让多线程修改失控。

其中std::cout打印函数通常被使用到。如果多个线程同时调用cout,那么其输出将会混合在一起。为了避免输出混在一起,我们将要用我们的函数进行并发安全的打印。

我们将会了解到,如何完成对cout的包装,并使用最少量的代码进行最优的打印。

How to do it...

本节中,将实现一个并发打印安全的函数。避免将打印信息全部混在一起,我们实现了一个辅助类来帮助我们在线程间同步打印信息。

  1. 包含必要的头文件,并声明所使用的命名空间:

    #include <iostream>
    #include <thread>
    #include <mutex>
    #include <sstream>
    #include <vector>
    
    using namespace std;
  2. 然后实现辅助类,其名字为pcout。其中字母p代表parallel,因为其会将并发的上下文进行同步。pcout会public继承于stringstream。这样,我们就能直接对其实例使用<<操作符了。当pcout实例销毁时,其析构函数会对一个互斥量进行加锁,然后将stringstream缓冲区中的内容进行打印。我们将在下一步了解,如何对这个类进行使用:

    struct pcout : public stringstream {
        static inline mutex cout_mutex;
    
        ~pcout() {
            lock_guard<mutex> l {cout_mutex};
            cout << rdbuf();
            cout.flush();
        }
    };
  3. 现在,让我们来完成两个函数,这个两函数可运行在额外的线程上。每个线程都有一个线程ID作为参数。这两个函数的区别在于,第一个就是简单的使用cout进行打印。另一个使用pcout来进行打印。对应的实例都是一个临时变量,只存在于一行代码上。在所有<<调用执行完成后,我们想要的字符流则就打印在屏幕上了。然后,调用pcout实例的析构函数。我们可以了解到析构函数做了什么事:其对一个特定的互斥量进行上锁,所有pcout的实例都会这个互斥量进行共享:

    static void print_cout(int id)
    {
        cout << "cout hello from " << id << '\n';
    }
    
    static void print_pcout(int id)
    {
        pcout{} << "pcout hello from " << id << '\n';
    }
  4. 首先,我们使用print_cout,其会使用cout进行打印。我们并发的启动10个线程,使用其打印相应的字符串,并等待打印结束:

    int main()
    {
        vector<thread> v;
    
        for (size_t i {0}; i < 10; ++i) {
            v.emplace_back(print_cout, i);
        }
    
        for (auto &t : v) { t.join(); }
  5. 然后,使用print_pcout来完成同样的事情:

        cout << "=====================\n";
    
        v.clear();
        for (size_t i {0}; i < 10; ++i) {
            v.emplace_back(print_pcout, i);
        }
    
        for (auto &t : v) { t.join(); }
    }
  6. 编译并运行程序,我们就会得到如下的输出。如我们所见,前10行打印完全串行了。我们无法了解到哪条信息是由哪个线程所打印的。后10行的打印中,我们使用print_pcout进行打印,就不会造成任何串行的情况。可以清楚的看到不同线程所打印出的信息,因为每次运行的时候打印顺序都是以类似随机数的方式出现:

How it works...

OK,我们已经构建了“cout包装器”,其可以在并发程序中串行化的对输出信息进行打印。其是如何工作的呢?

当我们一步一步的了解pcout的原理,就会发现其工作的原理并不神奇。首先,实现一个字符流,能接受我们输入的字符串:

stringstream ss;
ss << "This is some printed line " << 123 << '\n';

然后,其会对全局互斥量进行锁定:

{
    lock_guard<mutex> l {cout_mutex};

锁住的区域中,其能访问到字符流ss,并对其进行打印。离开这个代码段时,对互斥锁进行释放。cout.flush()这会告诉字符流对象立即将其内容打印到屏幕上。如果没有这一行,程序将会运行的更快,因为多次的打印可能会放在一起打印。我们的代码中,想立即看到打印信息,所以我们使用了flush:

    cout << ss.rdbuf();
    cout.flush();
}

OK,这就很简单了吧,但每次都写这几行代码,就会让整体的代码变的很冗长。我们可以将stringstream的实例化简写为如下的方式:

stringstream{} << "This is some printed line " << 123 << '\n';

这个字符串流对象的实例,可以容纳我们想打印的任何字符,最后对字符串进行析构。字符串流的声明周期只在这一行内存在。之后,我们无法打印任何东西,因为我们无法对其进行访问。最后,哪段代码能访问流的内容呢?其就是stringstream的析构函数。

我们无法对stringstream实例的成员函数进行修改,但是可以对通过继承的方式包装成我们想要的类型:

struct pcout : public stringstream {
    ~pcout() {
        lock_guard<mutex> l {cout_mutex};
        cout << rdbuf();
        cout.flush();
    }
};

这个类依旧是一个字符串流,并且可以像字符串流一样对这个类型进行使用。不同的是,其会对互斥量进行上锁,并且将其内容使用cout进行输出。

我们也会将cout_mutex对象作为静态实例移入pcout结构体中,所以可以让不同的实例共享一个互斥量。