C++并发编程：利用并行硬件的挑战与方法

"这篇资源是关于C++并发编程的，由Peter A. Buhr在滑铁卢大学讲解。课程探讨了为什么需要并发以及为何选择C++作为并发编程的语言。" 在计算机科学领域，并发性是现代多核处理器时代的一个关键概念，它允许程序中的不同部分在同一时间执行，从而提升整体性能。随着单个处理器的速度增长放缓，通过利用并发和并行处理来提高速度变得至关重要。C++并发是指在C++编程语言中实现的并发性技术，使得开发者能够设计和构建能够充分利用多核硬件的高效软件。 1.1 为什么需要并发 - 处理器速度的停滞不前意味着单纯依靠提升单核性能来提升系统性能的方法不再有效。 - 通过增加处理器中的晶体管数量（遵循摩尔定律），可以实现硬件层面的并行性，从而提高速度。 - 自动发现并发（隐式并发）在某些特定类型的程序中已经取得一定成功，但这种方法有局限性，不能广泛适用于所有问题。 - 显式并发则需要程序员明确地考虑并指定并发行为，这种方式更为灵活且适应性强。 - 隐式和显式并发方法可以结合使用，但隐式方法的局限性使得显式方法不可或缺。 1.2 为什么选择C++ - C++是目前广泛应用的编程语言之一，其广泛的基础源于C语言，拥有大量的程序员和代码库。 - 在效率方面，C++与C语言相当，尤其适合大多数情况下的高性能计算。 - C++提供了低级特性，如直接内存访问，这在以下几个方面特别重要： - 系统编程：操作系统、驱动程序等需要直接操作硬件的场景。 - 内存管理：允许程序员精细控制内存分配和释放，提高效率。 - 嵌入式/实时系统：在资源有限或时间敏感的环境中，需要精确控制程序执行。 C++为并发提供了强大的支持，包括线程、同步原语（如互斥锁、信号量）、异步操作和未来的C++标准库中的并发工具（如std::thread、std::mutex、std::future等）。这些工具允许开发者在编写高性能、可扩展的软件时有效地处理并发问题。 通过学习C++并发，开发者不仅可以掌握如何利用多核处理器，还可以理解并发编程中的挑战，如数据竞争、死锁和活锁，以及如何通过同步机制来避免这些问题。此外，理解和实践C++并发也将有助于提升在分布式系统、云计算环境和大规模并行计算领域的编程技能。