C++双线程交替打印奇偶数（活泼版）

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
#include
#include
#include
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 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+1
        cv.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 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+1
        cv.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）

1. 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
2. 线程A被唤醒：
   • 打印1 → x变成2 → 叫醒线程B
3. 线程B被唤醒：
   • 打印2 → x变成3 → 叫醒线程A
     …（循环直到x=100）

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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：

1. 共享数据保护：两个线程同时操作x会引发数据竞争

2. 执行顺序控制：必须严格交替执行（奇-偶-奇-偶…）

3. 线程通信机制：一个线程完成后要准确通知另一个线程

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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 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

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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

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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

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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！

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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！

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7.完整代码展示

#include
#include
#include
#include
#include
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 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 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;
}

8. 趣味扩展挑战

学会了咱们这个玩法之后可以尝试：

1. 试试三个线程交替打印1、2、3？

2. 改成打印字母A、B、C…Z怎么样？

3. 添加颜色输出，让奇数和偶数显示不同颜色！

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看完这篇是不是觉得多线程超有趣？就像指挥两个乖巧的同学完美配合！快去试试这个代码吧～遇到问题欢迎在评论区留言，我会像notify_one()一样第一时间唤醒回复你！

记得点赞⭐收藏哟～