面试题：C++ static 函数在多线程环境下的代码复用挑战与解决方案

Question

当涉及多线程编程时，C++ 的 static 函数在代码复用方面可能会遇到哪些问题？请详细阐述，并给出至少一种有效的解决方案，同时写出相应的代码示例来验证你的解决方案。

Answer 1

问题阐述

1. 线程安全问题：static函数内部的static变量可能会在多线程环境下出现数据竞争。因为多个线程可能同时访问和修改这些静态变量，导致结果不可预测。例如，假设有一个static函数用于计数，多个线程同时调用该函数时，可能会出现计数不准确的情况。
2. 资源管理问题：如果static函数管理一些共享资源（如文件句柄、数据库连接等），在多线程环境下可能会出现资源争用和不正确的资源释放。比如，一个static函数负责打开和关闭文件，多个线程同时调用可能导致文件被意外关闭或多次打开。

解决方案

使用线程局部存储（Thread - Local Storage，TLS）。在C++ 11中，可以通过thread_local关键字来实现。thread_local变量每个线程都有自己独立的实例，避免了多线程间的数据竞争。

代码示例

#include <iostream>
#include <thread>

// 使用thread_local解决static函数中的多线程问题
class Counter {
public:
    static int getCount() {
        // 使用thread_local确保每个线程有自己独立的计数实例
        static thread_local int count = 0;
        return ++count;
    }
};

void threadFunction() {
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        std::cout << "Thread " << std::this_thread::get_id() << " count: " << Counter::getCount() << std::endl;
    }
}

int main() {
    std::thread t1(threadFunction);
    std::thread t2(threadFunction);

    t1.join();
    t2.join();

    return 0;
}

在上述代码中，Counter类的getCount函数使用thread_local修饰静态变量count。这样每个线程在调用getCount函数时，都有自己独立的count实例，从而避免了多线程环境下的数据竞争问题。每个线程的计数相互独立，输出结果可以清晰看到每个线程的计数情况。