C++程序显示线程接口和内存一致性错误

简介

多线程程序一直是编程难点之一，线程之间的内存访问也是一个容易出错的地方。在多线程编程中，线程间共享的变量如果没有得到很好的处理，就会出现内存不一致的问题，而这种问题会造成程序难以查错和改正，更重要的是会影响程序的正确性。

本文将讲述在C++程序中如何显示线程接口和内存一致性错误，并带有相应的示例代码。

线程接口错误

线程接口错误是指程序未正确使用线程相关库函数，具体表现在以下几个方面：

使用未初始化的线程句柄；
多余或遗漏线程的启动和关闭；
销毁正在运行的线程；
使用线程句柄操作非线程对象；
在一个线程中调用另一个线程使用的操作系统API。

示例代码：

#include <iostream>
#include <thread>

using namespace std;

void myThread()
{
    cout << "Hello, World! from thread" << endl;
}

int main()
{
    thread t1(myThread);
    return 0;
}

在该示例代码中，我们创建了一个 myThread 线程，但是在 main 函数中我们没有调用 join 来等待线程结束，也没有在程序结束前调用 detach 来将线程分离，这就导致了线程结束后资源未能完全释放，从而出现了线程接口错误。

要修正上述示例中的错误，可以在 main 函数结束前调用 t1.join() 来等待 t1 线程结束，这样就能保证线程资源能够正确释放。

内存一致性错误

内存一致性错误带来的后果往往比较严重，一些典型的表现有：

多线程读写同一个内存地址，导致读取到未定义的数据；
多线程的缓存行不一致，导致线程之间的数据同步错误；
操作系统线程调度随机性导致的程序顺序不可预测。

但是，最终的结果都是一样的：程序的结果可能是未定义的或是错误的。

以下是一个示例代码：

#include <iostream>
#include <thread>

using namespace std;

void myThread(int& num)
{
    for (int i = 0; i < 100000; ++i)
    {
        ++num;
    }
}

int main()
{
    int count = 0;
    thread t1(myThread, ref(count));
    thread t2(myThread, ref(count));
    t1.join();
    t2.join();
    cout << "The total is: " << count << endl;
    return 0;
}

在该示例代码中，我们创建了两个 myThread 线程，这两个线程每次都会对同一个变量进行加运算，这就导致了内存一致性错误。

要修正上述示例中的错误，可以使用 std::atomic<int> 来保证多线程访问 count 变量的原子性，这样就能够避免内存一致性问题了。修改后的代码如下：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <atomic>

using namespace std;

void myThread(atomic<int>& num)
{
    for (int i = 0; i < 100000; ++i{
        ++num;
    }
}

int main()
{
    atomic<int> count(0);
    thread t1(myThread, ref(count));
    thread t2(myThread, ref(count));
    t1.join();
    t2.join();
    cout << "The total is: " << count << endl;
    return 0;
}

可以看到，修改后的程序能够正确计算出变量 count 的值，且不会出现内存一致性问题。