为什么不能线程调用类的成员函数_SLAM从0到1—

「本文主要介绍在编写SLAM/VIO工程时用到的C++11多线程编程的内容，包括<mutex>互斥访问、unique_lock锁管理类、condition_variable条件变量、<atomic>原子操作等内容。」

之所以把C++的内容放到SLAM系列是因为这些C++11新特性其实在C++课程中是不会涉及的，通常是在实践中需要用到时再去查去学，因此对应SLAM工程中的需要，在这里整理一下以便后面查阅复习。

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笔者上一篇文章介绍了C++多线程编程的「基础概念」，以及<thread>的简单使用，链接如下：

yikang：C++笔记——多线程编程(1)zhuanlan.zhihu.com

一、std::mutex 互斥访问

<mutex>是C++标准程序库中的一个头文件，定义了C++11标准中一些互斥访问的类与方法。

其中std::mutex表示普通互斥锁，可以与std::unique_lock配合使用，把std::mutex放到unique_lock中时，mutex会自动上锁，unique_lock析构时，同时把mutex解锁。因此std::mutex可以保护同时被多个线程访问的共享数据，并且它独占对象所有权，不支持对对象递归上锁。

可以这样理解：各个线程在对共享资源操作前都尝试先加锁，成功加锁才能操作，操作结束解锁。(下图来自网络)

常用的成员函数有：

构造函数：std::mutex不支持copy和move操作，最初的mutex对象处于unlocked状态。
lock函数：互斥锁被锁定。如果线程申请该互斥锁，但未能获得该互斥锁，则申请调用的线程将阻塞(block)在该互斥锁上；如果成功获得该互诉锁，则该线程一直拥有互斥锁直到调用unlock解锁；如果该互斥锁已经被当前调用线程锁住，则产生死锁(deadlock)。
unlock函数：互斥锁解锁，释放调用线程对该互斥锁的所有权。

一个简单的例子：

std::mutex mtx;  // 创建一个互斥锁
static void print_(int n, char c)
{mtx.lock();       // 申请对访问资源，上锁for (int i = 0; i<n; ++i) { std::cout << c; }std::cout << 'n';mtx.unlock();    // 对资源操作结束，解锁释放互斥锁的所有权
}

二、std::unique_lock 锁管理模板类

std::unique_lock为锁管理模板类，是对通用mutex的封装。

std::unique_lock对象以独占所有权的方式(unique owership)管理mutex对象的上锁和解锁操作，即在unique_lock对象的声明周期内，它所管理的锁对象会一直保持上锁状态；而unique_lock的生命周期结束之后，它所管理的锁对象会被解锁。因此用unique_lock管理互斥对象，可以作为函数的返回值，也可以放到STL的容器中。

在使用条件变量std::condition_variable时需要使用std::unique_lock而不能使用std::lock_guard。

其常用的成员函数为：

unique_lock构造函数：禁止拷贝构造，允许移动构造；
lock函数：调用所管理的mutex对象的lock函数；
unlock函数：调用所管理的mutex对象的unlock函数；

例如这样使用：

std::mutex mtx;   // 定义一个互斥锁
void print_thread_id(int id) {std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx, std::defer_lock);  // 定义一个锁管理对象（参数2其实可以省略）lck.lock();std::cout << "thread #" << id << 'n';lck.unlock();
}

三、std::condition_variable 条件变量

<condition_variable>是C++标准程序库中的一个头文件，定义了C++11标准中的一些用于并发编程时表示条件变量的类与方法等。

条件变量的引入是为了作为并发程序设计中的一种控制结构。当多个线程访问同一共享资源时，不但需要用互斥锁实现独享访问以避免并发错误(竞争危害)，在获得互斥锁进入临界区后还需要检验特定条件是否成立：

若不满足该条件，拥有互斥锁的线程应该释放该互斥锁，使用unique_lock函数把自身阻塞(block)并挂到条件变量的线程队列中
若满足该条件，拥有互斥锁的线程在临界区内访问共享资源，在退出临界区时通知(notify)在条件变量的线程队列中处于阻塞状态的线程，被通知的线程必须重新申请对该互斥锁加锁。

条件变量std::condition_variable用于多线程之间的通信，它可以阻塞一个或同时阻塞多个线程。std::condition_variable需要与std::unique_lock配合使用。

常用成员函数：

(1)构造函数：仅支持默认构造函数。

(2)wait()：当前线程调用wait()后将被阻塞，直到另外某个线程调用notify_*唤醒当前线程。当线程被阻塞时，该函数会自动调用std::mutex的unlock()释放锁，使得其它被阻塞在锁竞争上的线程得以继续执行。一旦当前线程获得通知(notify，通常是另外某个线程调用notify_*唤醒当前线程)，wait()函数自动调用std::mutex的lock()。wait分为无条件被阻塞和带条件的被阻塞两种：

无条件被阻塞：调用该函数之前，当前线程应该已经对unique_lock<mutex> lck完成了加锁。所有使用同一个条件变量的线程必须在wait函数中使用同一个unique_lock<mutex>。该wait函数内部会自动调用lck.unlock()对互斥锁解锁，使得其他被阻塞在互斥锁上的线程恢复执行。使用本函数被阻塞的当前线程在获得通知(notified，通过别的线程调用 notify_*系列的函数)而被唤醒后，wait()函数恢复执行并自动调用lck.lock()对互斥锁加锁。
带条件的被阻塞：wait函数设置了谓词(Predicate)，只有当pred条件为false时调用该wait函数才会阻塞当前线程，并且在收到其它线程的通知后只有当pred为true时才会被解除阻塞。因此，等效于while (!pred()) wait(lck).

(3)notify_all: 唤醒所有的wait线程，如果当前没有等待线程，则该函数什么也不做。

(4)notify_one：唤醒某个wait线程，如果当前没有等待线程，则该函数什么也不做；如果同时存在多个等待线程，则唤醒某个线程是不确定的(unspecified)。

简单的说就是，当std::condition_variable对象的某个wait函数被调用的时候，它使用std::unique_lock(通过std::mutex)来锁住当前线程。当前线程会一直被阻塞，直到另外一个线程在相同的std::condition_variable对象上调用了notification函数来唤醒当前线程。

四、std::atomic 原子操作

<atomic>是C++标准程序库中的一个头文件，定义了C++11标准中的一些表示线程、并发控制时进行原子操作的类与方法，主要声明了两大类原子对象：std::atomic和std::atomic_flag。

原子操作的主要特点是原子对象的并发访问不存在数据竞争，利用原子对象可实现数据结构的无锁设计。在多线程并发执行时，原子操作是线程不会被打断的执行片段。

（1）atomic_flag类

是一种简单的原子bool类型，只支持两种操作：test_and_set(flag=true)和clear(flag=false)。
跟std::atomic的其它所有特化类不同，它是锁无关的。
结合std::atomic_flag::test_and_set()和std::atomic_flag::clear()，std::atomic_flag对象可以当作一个简单的自旋锁(spin lock)使用。
atomic_flag只有默认构造函数，禁用拷贝构造函数，移动构造函数实际上也禁用。
如果在初始化时没有明确使用宏ATOMIC_FLAG_INIT初始化，那么新创建的std::atomic_flag对象的状态是未指定的(unspecified)，既没有被set也没有被clear；如果使用该宏初始化，该std::atomic_flag对象在创建时处于clear状态。

test_and_set：返回该std::atomic_flag对象当前状态，检查flag是否被设置，若被设置直接返回true，若没有设置则设置flag为true后再返回false。该函数是原子的。
clear：清除std::atomic_flag对象的标志位，即设置atomic_flag的值为false。

（2）std::atomic类

std::atomic提供了针对bool类型、整形(integral)和指针类型的特化实现。每个std::atomic模板的实例化和完全特化定义一个原子类型。
若一个线程写入原子对象，同时另一个线程从它读取，则行为良好定义。
原子对象的访问可以按std::memory_order所指定建立线程间同步，并排序非原子的内存访问。
std::atomic可以以任何可平凡复制(Trivially Copyable)的类型T实例化。
std::atomic既不可复制亦不可移动。
ATOMIC_VAR_INIT(val)：可以由构造函数直接执行此宏初始化std::atomic对象。

std::atomic 常用的成员函数：

std::atomic::store(val) 函数将参数 val 复制给原子对象所封装的值。
std::atomic::load() 读取被原子对象封装的值。
std::atomic::exchange(val) 读取并修改被封装的值，exchange 会将 val 指定的值替换掉之前该原子对象封装的值，并返回之前该原子对象封装的值，整个过程是原子的.
atomic() 默认构造函数，由默认构造函数创建的 std::atomic 对象处于未初始化(uninitialized)状态，对处于未初始化(uninitialized)状态 std::atomic对象可以由 atomic_init 函数进行初始化。
atomic (T val) 初始化构造函数，由类型 T初始化一个 std::atomic对象。
atomic (const atomic&) 拷贝构造函数被禁用。

参考文献：

https://blog.csdn.net/liuxuejiang158blog/article/details/17413149

2. https://blog.csdn.net/fengbingchun/article/details/73436710

3. https://www.cnblogs.com/wangshaowei/p/9593201.html

4. https://blog.csdn.net/fengbingchun/article/details/73695596

5. https://www.cnblogs.com/taiyang-li/p/5914331.html

6. https://blog.csdn.net/tanningzhong/article/details/78093774