面试题：C++ STL 迭代器 end 范围扩展在多线程环境下的应用与挑战

设计思路

保证线程安全：
- 使用互斥锁（std::mutex）对容器的访问和修改进行保护。在访问或修改容器前锁定互斥锁，操作完成后解锁。
- 考虑使用读写锁（std::shared_mutex），如果读取操作远多于写入操作，读操作时可以多个线程同时进行，提高并发性能。
处理迭代器失效问题：
- 在每次使用迭代器前，检查其有效性。可以通过保存容器的大小，在使用迭代器时对比当前容器大小是否改变来判断迭代器是否失效。
- 当迭代器失效时，重新获取迭代器。例如，在修改容器后，重新调用begin()和end()获取新的迭代器。
优化性能：
- 减少锁的粒度，尽量缩小锁定互斥锁的代码块范围，减少线程等待时间。
- 使用无锁数据结构替代 STL 容器，如果应用场景允许。例如，使用boost::lockfree库中的无锁队列等数据结构。

多线程代码示例

#include <iostream>
#include <vector>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <shared_mutex>

std::vector<int> data;
std::shared_mutex dataMutex;

void writeData(int value) {
    std::unique_lock<std::shared_mutex> lock(dataMutex);
    data.push_back(value);
}

void readData() {
    std::shared_lock<std::shared_mutex> lock(dataMutex);
    auto oldSize = data.size();
    for (auto it = data.begin(); it != data.end(); ++it) {
        if (data.size() != oldSize) {
            // 迭代器失效，重新获取
            lock.unlock();
            std::unique_lock<std::shared_mutex> newLock(dataMutex);
            it = data.begin();
            oldSize = data.size();
            newLock.unlock();
            lock.lock();
        }
        std::cout << *it << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
}

int main() {
    std::thread writer1(writeData, 1);
    std::thread writer2(writeData, 2);
    std::thread reader1(readData);
    std::thread reader2(readData);

    writer1.join();
    writer2.join();
    reader1.join();
    reader2.join();

    return 0;
}

在上述代码中：

writeData函数用于向data容器中写入数据，使用std::unique_lock锁定dataMutex以保证线程安全。
readData函数用于读取data容器中的数据，使用std::shared_lock锁定dataMutex以允许多个线程同时读取。在读取过程中，通过对比容器大小来检查迭代器是否失效，若失效则重新获取迭代器。
main函数中创建了两个写入线程和两个读取线程，展示了多线程环境下对data容器的并发访问。

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面试题：C++ STL 迭代器 end 范围扩展在多线程环境下的应用与挑战

知识考点

面试题答案

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多线程代码示例