如何在C++中设计并实现一个功能全面的多线程类，包括基本特性如创建线程、同步机制和线程通信

在C++中，设计一个多线程类通常涉及使用标准库中的`<thread>`头文件以及一些并发工具，例如互斥量（mutexes）、条件变量（condition variables）和共享内存。以下是一个基础的多线程类示例，包含了创建线程、同步机制（互斥锁和信号量）和简单线程间通信：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <vector>
#include <mutex>
#include <condition_variable>

class ThreadManager {
public:
    // 创建线程函数模板
    template<typename F, typename... Args>
    std::thread create_thread(F func, Args... args) {
        return std::thread(func, args...);
    }

    // 使用std::lock_guard保证互斥访问
    void safe_access(std::function<void()> action, const std::string& lock_name) {
        std::unique_lock<std::mutex> l(mtx[lock_name]);
        cv[lock_name].wait(l, [this, &action]() { return should_exit; });
        action();
        cv[lock_name].notify_one(); // 释放锁以便其他等待的线程继续
    }

    // 停止所有线程
    void stop_all() {
        should_exit = true;
        for (auto& thread : threads) {
            if (!thread.expired()) {
                thread->join();
            }
        }
    }

private:
    std::vector<std::thread> threads;
    std::mutex mtx; // 互斥量
    std::condition_variable cv; // 条件变量
    bool should_exit = false; // 表示是否应停止所有线程

    // 示例：使用信号量限制同时运行的线程数量
    int semaphore_count = 5;

    // 为每个可能需要同步的区域分配一个互斥量和条件变量
    std::map<std::string, std::pair<std::mutex, std::condition_variable>> mutex_map;
};

// 示例线程函数，接收一个字符串参数并输出
void worker(const std::string& msg) {
    while (!ThreadManager::should_exit.load()) {
        // 使用指定的互斥量进行安全访问
        ThreadManager::safe_access([msg](){ std::cout << "Worker: " << msg << '\n'; }, "myLock");
    }
}

int main() {
    ThreadManager manager;
    auto thread1 = manager.create_thread(worker, "Thread 1");
    auto thread2 = manager.create_thread(worker, "Thread 2");

    // 同步示例 - 限制同时最多5个线程执行
    manager.semaphore_count = 5;
    manager.safe_access([]{ manager.semaphore_count--; });

    // 想要结束时调用stop_all()
    manager.stop_all();

    return 0;
}

在这个例子中，我们定义了一个`ThreadManager`类，它包含创建线程的方法（`create_thread`），使用`std::lock_guard`进行线程安全操作的方法（`safe_access`），以及停止所有线程的功能（`stop_all`）。此外，我们还展示了如何使用互斥量和条件变量进行简单的线程同步。