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C++双线程交替打印奇偶数（活泼版）

ai 2025/7/21 2:19:21

C++双线程交替打印奇偶数（活泼版）

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C++双线程交替打印奇偶数（活泼版）

今天我们要玩一个超酷的"数字接龙"游戏——用两个线程交替打印奇偶数！就像两个同学轮流报数，一个说"1"，另一个马上接"2"，快跟着我一起来看看这个神奇的代码魔术吧！✨

今天需要提前铺垫的知识有：

1.线程的基本用法

2.mutex锁的玩法

3.条件变量的简单玩法

对于上述三点前置知识不太清楚的童鞋可以提前看咱们的第五大点：关键知识点泡泡！

1.🎮 游戏规则说明书

游戏目标：创建两个线程小伙伴：

线程A专门打印奇数（1、3、5…）
线程B专门打印偶数（0、2、4…）
它们要像打乒乓球一样轮流工作，直到数到100！

#include<iostream>
#include<thread>
#include<mutex>
#include<condition_variable>
using namespace std;
// 准备好我们的"游戏道具"啦！

2.🔧 游戏道具准备区

2.1🧩 道具清单

int x = 0;               // 我们的"接力棒"数字
int n = 100;             // 终点线数字
mutex mtx;               // 互斥锁（防止抢答的小喇叭）
condition_variable cv;   // 条件变量（线程的"对讲机"）

接力棒(x)：两个线程要传递的数字
小喇叭(mtx)：防止两个线程同时说话（数据竞争）
对讲机(cv)：让线程能互相通知"该你啦！"

3.👯‍♂️ 创建两个线程小伙伴

3.1🧑‍💻 线程A（奇数打印机）

thread t1([&, n]() {while (x < n) {unique_lock<mutex> lock(mtx); // 抓住小喇叭if (x % 2 == 0) {  // 如果发现是偶数cv.wait(lock);  // 放下喇叭睡觉："轮到偶数了？叫我！"}cout << "线程" << this_thread::get_id() << ":" << x << endl;x++;               // 数字+1cv.notify_one();   // 喊醒线程B："该你啦！"}
});

👩‍💻 线程B（偶数打印机）

thread t2([&, n]() {while (x < n) {unique_lock<mutex> lock(mtx); // 抓住小喇叭if (x % 2 != 0) {  // 如果发现是奇数cv.wait(lock); // 放下喇叭睡觉："轮到奇数了？叫我！"}cout << "线程" << this_thread::get_id() << ":" << x << endl;x++;               // 数字+1cv.notify_one();   // 喊醒线程A："该你啦！"}
});

游戏开始啦！

t1.join();  // 等待线程A完成任务
t2.join();  // 等待线程B完成任务

🤔 超有趣的工作原理图解

初始状态：x=0（偶数）

线程B先工作（因为x是偶数，线程A在睡觉）
打印0 → x变成1 → 叫醒线程A

线程A被唤醒：
打印1 → x变成2 → 叫醒线程B

线程B被唤醒：
打印2 → x变成3 → 叫醒线程A
…（循环直到x=100）

4.🔍原理解释(为什么可以这么写)

核心问题分析

我们需要解决三个关键问题：

共享数据保护：两个线程同时操作x会引发数据竞争
执行顺序控制：必须严格交替执行（奇-偶-奇-偶…）
线程通信机制：一个线程完成后要准确通知另一个线程

4.1🔒 第一关：共享数据保护（为什么用mutex？）

问题场景

线程A正在读取x的值
同时线程B正在修改x的值
→ 导致数据不一致！

解决方案：互斥锁（mutex）

unique_lock<mutex> lock(mtx);  // 进入"VIP室"，独享操作权

比喻：就像洗手间的门锁🚪，一个人进去后会自动锁门，其他人必须等待
关键点：
- 使用unique_lock而不是lock_guard（因为后面需要手动解锁）
- 锁的范围要刚好覆盖共享数据的操作区域

4.2第二关：线程通信（为什么用condition_variable？）

问题场景

线程A（奇数线程）发现当前是偶数时，不能简单循环等待
否则会一直占用CPU资源（忙等待）

解决方案：条件变量+谓词判断

if (x % 2 == 0) {  // 谓词判断cv.wait(lock);  // 释放锁并等待通知
}

工作原理：
1. 原子地释放锁并进入等待状态
2. 被唤醒后自动重新获取锁
为什么不用sleep？
- sleep是盲等，无法精确响应状态变化
- condition_variable是精准的事件通知机制

4.3🔄 第三关：执行顺序控制（为什么这样设计判断逻辑？）

线程A（奇数线程）的逻辑

if (x % 2 == 0)   // 发现是偶数就等待
cv.notify_one();  // 打印完奇数后叫醒偶数线程

线程B（偶数线程）的逻辑

if (x % 2 != 0)   // 发现是奇数就等待
cv.notify_one();  // 打印完偶数后叫醒奇数线程

精妙之处：
- 每个线程只处理自己该处理的状态
- 通过数值奇偶性自然形成状态切换
- notify相当于"传球"动作

5.💡 关键知识点泡泡

5.1🧠 互斥锁（mutex）

就像"只有一个人能说话的小喇叭"🎤，防止两个线程同时修改共享数据x

5.2🧠 条件变量（condition_variable）

线程们的"智能对讲机"📞：

wait()：“我去睡觉啦，有消息再叫我”
notify_one()：“醒醒！该你干活啦！”

5.3🧠 unique_lock

智能锁管家，离开作用域会自动释放锁，再也不用担心忘记解锁啦！

6.🚨 常见bug救护车

⚠️ 忘记notify

如果线程执行完不叫醒对方，另一个线程会永远睡觉（死锁）💤

⚠️ 虚假唤醒

线程可能莫名其妙自己醒了，所以判断条件要用while而不是if（虽然我们这里if也够用啦）

⚠️ 锁的粒度

锁的范围太大（比如包住整个while循环）会导致性能下降哦！

7.完整代码展示

#include<iostream>
#include<thread>
#include<mutex>
#include<condition_variable>
#include<functional>
using namespace std;int main()
{//控制两个线程 ，实现一个线程打印奇数，一个进程打印偶数int x = 0;int n = 100;condition_variable cv;mutex mtx;thread t1([&, n](){while (x < n){unique_lock<mutex> lock(mtx);if (x % 2 == 0) //偶数就阻塞{cv.wait(lock);}cout << this_thread::get_id() << "号进程" << ":" << x << endl;x++;cv.notify_one();//唤醒一个锁}});thread t2([&, n](){while (x < n){unique_lock<mutex> lock(mtx);if (x % 2 != 0) //奇数就阻塞{cv.wait(lock);}cout << this_thread::get_id() << "号进程" << ":" << x << endl;x++;cv.notify_one();//唤醒一个锁}});t1.join();t2.join();return 0;
}