面试题：C++ 友元函数安全性与多线程场景

安全性挑战

数据竞争：多个线程同时调用友元函数访问和修改类的共享成员时，可能导致数据竞争，最终结果具有不确定性，可能出现错误的计算结果或程序崩溃。
内存一致性：不同线程对共享数据的访问顺序可能不一致，导致程序出现难以调试的逻辑错误。

同步机制实现安全使用

使用互斥锁：互斥锁（std::mutex）可以保证在同一时间只有一个线程能够进入临界区，访问共享数据。

#include <iostream>
#include <mutex>
#include <thread>

class B {
    int sharedData;
    std::mutex mtx;
public:
    B() : sharedData(0) {}
    friend void friendThreadFunc(B* obj);
};

void friendThreadFunc(B* obj) {
    // 锁定互斥锁
    std::lock_guard<std::mutex> lock(obj->mtx);
    // 访问和修改共享数据
    obj->sharedData++;
    std::cout << "Thread modified sharedData to: " << obj->sharedData << std::endl;
}

int main() {
    B b;
    std::thread t1(friendThreadFunc, &b);
    std::thread t2(friendThreadFunc, &b);

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

    return 0;
}

使用条件变量：条件变量（std::condition_variable）通常与互斥锁配合使用，用于线程间的同步。当某个条件满足时，通知等待的线程。但在简单的修改共享数据场景下，条件变量不是必需的。如果在友元函数中需要根据共享数据的某个条件进行等待，可使用如下方式：

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

class B {
    int sharedData;
    std::mutex mtx;
    std::condition_variable cv;
    bool ready = false;
public:
    B() : sharedData(0) {}
    friend void friendThreadFunc(B* obj);
};

void friendThreadFunc(B* obj) {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(obj->mtx);
    // 等待条件满足
    obj->cv.wait(lock, [&obj] { return obj->ready; });
    // 访问和修改共享数据
    obj->sharedData++;
    std::cout << "Thread modified sharedData to: " << obj->sharedData << std::endl;
}

int main() {
    B b;
    std::thread t1(friendThreadFunc, &b);

    // 模拟一些工作
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));

    {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(b.mtx);
        b.ready = true;
    }
    b.cv.notify_one();

    t1.join();

    return 0;
}

上述代码中，std::lock_guard 构造时自动锁定互斥锁，析构时自动解锁，确保临界区代码的安全执行。std::unique_lock 与条件变量配合使用，等待条件满足时才执行后续操作。

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