面试题：C++ 引用与指针在多线程高并发场景下的精准抉择

引用和指针在多线程场景下的特性

引用：
- 特性：引用一旦初始化，就不能再指向其他对象，它是对象的别名。这使得在多线程环境中，如果引用的对象本身是线程安全的，那么使用引用访问该对象相对简单直接，因为不用担心引用被意外修改指向其他对象。
- 缺点：不能为 nullptr，如果共享资源可能存在空的情况，引用处理起来不如指针灵活。
指针：
- 特性：指针可以指向不同的对象，也可以为 nullptr。这在共享资源可能为空或者需要动态重新分配资源的场景下很有用。但是，指针的灵活性也带来了风险，在多线程环境中，指针可能被意外修改指向错误的对象，导致数据访问错误。

在不同并发控制策略下的选择

互斥锁：
- 使用引用：如果共享资源在程序运行期间不会变为 nullptr，并且不需要重新分配，使用引用可以简化代码，提高可读性。因为互斥锁保证同一时间只有一个线程能访问共享资源，使用引用不会出现引用指向混乱的问题。
- 使用指针：当共享资源可能为空或者需要动态重新分配时，指针更合适。但是在使用指针时，需要特别注意在获取互斥锁后再操作指针，防止指针在其他线程中被意外修改。
读写锁：
- 使用引用：对于读多写少的场景，如果共享资源不会变为 nullptr，引用很适合读操作。因为读操作可以多个线程同时进行，引用的稳定性可以保证数据一致性。在写操作时，获取写锁后，也可以使用引用安全地修改共享资源。
- 使用指针：当共享资源的生命周期需要动态管理，或者在写操作时可能需要重新分配内存（导致指针变化），指针更合适。同样，在读写操作时都要正确获取读写锁，防止数据竞争。

代码示例

使用互斥锁和引用：

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

class SharedResource {
public:
    int data;
    SharedResource(int value) : data(value) {}
};

std::mutex resourceMutex;

void modifyResource(SharedResource& res, int newVal) {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(resourceMutex);
    res.data = newVal;
}

void readResource(const SharedResource& res) {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(resourceMutex);
    std::cout << "Read data: " << res.data << std::endl;
}

int main() {
    SharedResource resource(10);
    std::thread writer1(modifyResource, std::ref(resource), 20);
    std::thread reader1(readResource, std::ref(resource));

    writer1.join();
    reader1.join();

    return 0;
}

解释：这里 SharedResource 类有一个 int 类型的成员变量 data。modifyResource 函数通过引用修改共享资源，readResource 函数通过引用读取共享资源。在这两个函数中，都使用 std::lock_guard 来获取互斥锁，保证线程安全。

使用读写锁和指针：

#include <iostream>
#include <shared_mutex>
#include <thread>
#include <memory>

class SharedResource {
public:
    int data;
    SharedResource(int value) : data(value) {}
};

std::shared_mutex resourceMutex;
std::unique_ptr<SharedResource> resourcePtr;

void writeResource(int newVal) {
    std::unique_lock<std::shared_mutex> lock(resourceMutex);
    if (!resourcePtr) {
        resourcePtr = std::make_unique<SharedResource>(newVal);
    } else {
        resourcePtr->data = newVal;
    }
}

void readResource() {
    std::shared_lock<std::shared_mutex> lock(resourceMutex);
    if (resourcePtr) {
        std::cout << "Read data: " << resourcePtr->data << std::endl;
    } else {
        std::cout << "Resource is nullptr" << std::endl;
    }
}

int main() {
    std::thread writer1(writeResource, 30);
    std::thread reader1(readResource);

    writer1.join();
    reader1.join();

    return 0;
}

解释：这里使用 std::shared_mutex 作为读写锁。writeResource 函数在获取独占锁（std::unique_lock）后，可以动态分配或修改 SharedResource 对象。readResource 函数获取共享锁（std::shared_lock）后读取共享资源。通过指针 resourcePtr 可以处理共享资源可能为空的情况，在多线程读写操作中保证数据的一致性和安全性。

星途面试题库

面试题：C++ 引用与指针在多线程高并发场景下的精准抉择

知识考点

面试题答案

引用和指针在多线程场景下的特性

在不同并发控制策略下的选择

代码示例