
class Mutex
{
public:
Mutex(pthread_mutex_t* pMutex)
:_pMutex(pMutex)
{}
void Lock()
{
  pthread_mutex_lock(_pMutex);
}
void UnLock()
{
  pthread_mutex_unlock(_pMutex);
}
 
~Mutex()
{}
 
private:
  pthread_mutex_t* _pMutex;
};

构造函数：接收一个指向 pthread_mutex_t 的指针，并将其存储在私有成员 _pMutex 中。这个指针应该指向一个有效的、已经初始化的互斥锁。
Lock() 方法：调用 pthread_mutex_lock 函数来尝试锁定互斥锁。如果锁已经被其他线程持有，则当前线程会阻塞，直到锁变得可用。
UnLock() 方法：调用 pthread_mutex_unlock 函数来解锁互斥锁。解锁后，其他等待该锁的线程可以获得锁并执行其临界区的代码。
析构函数：目前为空，不执行任何操作。在实际应用中，如果互斥锁在 Mutex 对象销毁时仍然锁定，可能会导致问题（如死锁）。因此，一些实现可能会在析构函数中检查锁的状态，并尝试解锁（尽管这种做法有争议，因为它可能隐藏了编程错误）。

LockGuard 类介绍


class LockGuard
{
public:
  LockGuard(pthread_mutex_t* mutex)
  :_mutex(mutex)
  {
    _mutex.Lock();
  }
  ~LockGuard()
  {
    _mutex.UnLock();
  }
  private:
  Mutex _mutex;
};

构造函数：接收一个指向 pthread_mutex_t 的指针，并使用该指针构造一个 Mutex 对象 _mutex。然后立即调用 _mutex.Lock() 来锁定互斥锁。这种方式确保了当 LockGuard 对象被创建时，相关的互斥锁会被立即锁定。
析构函数：在 LockGuard 对象被销毁时（例如，离开其作用域时）自动调用。析构函数调用 _mutex.UnLock() 来解锁互斥锁。这确保了无论何种情况下（包括异常），互斥锁都会被正确解锁，从而防止了死锁和其他多线程同步问题。
私有成员：_mutex 是一个 Mutex 类型的对象，它封装了对互斥锁的操作。由于 _mutex 是一个对象而非指针，我们不需要担心内存管理或空指针的问题。

Log类的介绍


#pragma once
 
#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
#include <cstdarg>
#include <ctime>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
 
enum
{
  Debug = 0,
  Info,
  Warning,
  Error,
  Fatal
};
 
enum
{
  Screen = 10,
  OneFile,
  ClassFile
};
 
std::string LevelToString(int level)
{
  switch (level)
  {
  case Debug:
    return "Debug";
  case Info:
    return "Info";
  case Warning:
    return "Warning";
  case Error:
    return "Error";
  case Fatal:
    return "Fatal";
  default:
    return "Unknown";
  }
}
 
const int defaultstyle = Screen;
const std::string default_filename = "log.";
const std::string logdir = "log";
 
class Log
{
public:
  Log() : style(defaultstyle), filename(default_filename)
  {
    mkdir(logdir.c_str(), 0775);
  }
  void Enable(int sty) //
  {
    style = sty;
  }
  std::string TimeStampExLocalTime()
  {
    time_t currtime = time(nullptr);
    struct tm *curr = localtime(&currtime);
    char time_buffer[128];
    snprintf(time_buffer, sizeof(time_buffer), "%d-%d-%d %d:%d:%d",
             curr->tm_year + 1900, curr->tm_mon + 1, curr->tm_mday,
             curr->tm_hour, curr->tm_min, curr->tm_sec);
    return time_buffer;
  }
  void WriteLogToOneFile(const std::string &logname, const std::string &message)
  {
    umask(0);
    int fd = open(logname.c_str(), O_CREAT | O_WRONLY | O_APPEND, 0666);
    if (fd < 0)
      return;
    write(fd, message.c_str(), message.size());
    close(fd);
  }
  void WriteLogToClassFile(const std::string &levelstr, const std::string &message)
  {
    std::string logname = logdir;
    logname += "/";
    logname += filename;
    logname += levelstr;
    WriteLogToOneFile(logname, message);
  }
 
  void WriteLog(const std::string &levelstr, const std::string &message)
  {
    switch (style)
    {
    case Screen:
      std::cout << message;
      break;
    case OneFile:
      WriteLogToClassFile("all", message);
      break;
    case ClassFile:
      WriteLogToClassFile(levelstr, message);
      break;
    default:
      break;
    }
  }
  void LogMessage(int level, const char *format, ...) // 类C的一个日志接口
  {
    char leftbuffer[1024];
    std::string levelstr = LevelToString(level);
    std::string currtime = TimeStampExLocalTime();
    std::string idstr = std::to_string(getpid());
 
    char rightbuffer[1024];
    va_list args; // char *, void *
    va_start(args, format);
    // args 指向了可变参数部分
    vsnprintf(rightbuffer, sizeof(rightbuffer), format, args);
    va_end(args); // args = nullptr;
    snprintf(leftbuffer, sizeof(leftbuffer), "[%s][%s][%s] ",
             levelstr.c_str(), currtime.c_str(), idstr.c_str());
 
    std::string loginfo = leftbuffer;
    loginfo += rightbuffer;
    WriteLog(levelstr, loginfo);
  }
 
  ~Log() {}
 
private:
  int style;
  std::string filename;
};
 
Log lg;
 
class Conf
{
public:
  Conf()
  {
    lg.Enable(ClassFile);
  }
  ~Conf()
  {
  }
};
 
Conf conf;

枚举定义

日志级别枚举：定义了五种日志级别，分别是Debug、Info、Warning、Error和Fatal。这些级别通常用于表示日志信息的重要性和紧急性。
日志输出方式枚举：定义了三种输出方式，Screen表示直接输出到屏幕，OneFile表示将所有日志写入同一个文件，ClassFile表示将不同级别的日志分别写入不同的文件。

Log类

这个类是日志系统的核心，它包含了以下方法和成员：

私有成员：
- style：表示当前的日志输出方式。
- filename：日志文件的默认名称。
构造函数：初始化日志系统和创建一个名为"log"的目录。
Enable方法：设置日志的输出方式。
TimeStampExLocalTime方法：返回当前的本地时间戳字符串。
WriteLogToOneFile方法：将日志信息写入指定的单个文件。
WriteLogToClassFile方法：根据日志级别将日志信息写入到对应的文件。
WriteLog方法：根据当前的日志输出方式，将日志信息输出到屏幕或文件。
LogMessage方法：这是一个可变参数的函数，用于格式化并记录日志信息。它接受一个日志级别和一个格式字符串，后面可以跟随任意数量的参数。这些参数会被格式化到日志信息中。
析构函数：目前为空，但可以在这里添加清理代码，如果需要的话。

全局对象

lg：是一个全局的Log对象，用于在整个程序中记录日志。
conf：是一个Conf对象，其构造函数中启用了ClassFile日志输出方式。这意味着，除非在程序的其他地方进行更改，否则日志将默认写入到分类的文件中。

Conf类

这个类目前非常简单，只包含一个构造函数和一个析构函数。构造函数中调用了lg.Enable(ClassFile)来设置日志的输出方式为分类文件输出。这个类可以用于未来扩展更多的配置选项。

myThread类的介绍


#pragma once
 
#include <iostream>
#include <string>
#include <functional>
#include <pthread.h>
#include <string>
 
template <class T>
using func_t = std::function<void(T&)>;
 
template <class T>
class myThread
{
public:
  myThread(std::string threadName = "default", T data = T(), func_t<T> func = nullptr)//传入线程名、要操作的数据、要执行的函数
      : _tid(0),
        _threadName(threadName),
        _func(func),
        _data(data),
        _isRunning(false)
  {}
 
  static void *ThreadRoutine(void *args)//内部的运行函数
  {
    myThread *pmt = static_cast<myThread *> (args);
 
    pmt->_func(pmt->_data);
 
    return nullptr;
  }
 
  bool Start()//创建进程
  {
    int ret = pthread_create(&_tid, NULL, ThreadRoutine, this);
    if (ret != 0)
    {
      return false;
    }
 
    _isRunning = true;
    return true;
  }
 
  bool Join()//等待进程
  {
    if (!_isRunning)
    {
      return true;
    }
    int ret = pthread_join(_tid, NULL);
    if (ret == 0)
    {
      _isRunning = false;
      return true;
    }
    return false;
  }
  bool IsRunning()//返回进程的运行状态
  {
    return _isRunning;
  }
 
  const std::string& ThreadName()//返回线程名
  {
    return _threadName;
  }
 
  ~myThread()
  {}
 
private:
  pthread_t _tid;
  std::string _threadName;
  func_t<T> _func;
  T _data;
  bool _isRunning;
};

这个myThread类是一个C++模板类，用于封装POSIX线程（也称为pthreads）的创建、运行和等待过程。通过使用这个类，用户可以更方便地管理线程，而不需要直接处理底层的pthread API。下面是对这个类的详细介绍：

类成员变量

_tid: 存储线程ID的变量，类型为pthread_t。
_threadName: 一个字符串，用于存储线程的名称。
_func: 一个std::function对象，存储了要在线程中执行的函数。这个函数接受一个类型为T的引用作为参数。
_data: 一个类型为T的对象，它将被传递给_func函数。
_isRunning: 一个布尔变量，用于表示线程是否正在运行。

构造函数

构造函数myThread接受三个参数：线程名、要操作的数据以及要执行的函数。这些参数都有默认值，所以用户可以选择性地提供它们。

成员函数

ThreadRoutine: 这是一个静态成员函数，作为线程的入口点。它接受一个void*类型的参数（这是pthread API的要求），然后将其转换为myThread类的指针。接着，它调用存储在_func中的函数，并将_data作为参数传递。
Start: 这个函数用于创建并启动线程。它调用pthread_create函数，并传入ThreadRoutine作为线程的入口点。如果线程创建成功，它将_isRunning设置为true并返回true；否则返回false。
Join: 这个函数用于等待线程完成执行。如果线程已经在运行，它会调用pthread_join来等待线程结束。如果线程成功结束，它将_isRunning设置为false并返回true；否则返回false。如果线程没有运行，它直接返回true。
IsRunning: 这个函数返回一个布尔值，表示线程是否正在运行。
ThreadName: 这个函数返回线程的名称。
析构函数: 目前为空，但可以在这里添加必要的清理代码（例如，确保线程已经正确结束）。

使用场景

这个类适用于需要并发执行某个任务，同时又不希望直接处理复杂的线程API的场景。用户只需提供一个函数和一个数据对象，然后调用Start来创建和启动线程。当需要等待线程完成时，可以调用Join函数。

注意事项

由于这个类使用了C++11的特性（如std::function），因此需要确保编译器支持C++11或更高版本。
当使用多线程时，需要注意线程安全问题，特别是当多个线程访问共享数据时。
如果线程函数抛出异常，这个异常将不会被外部捕获，并可能导致程序崩溃。因此，需要确保线程函数不会抛出异常，或者在函数内部处理所有可能的异常。

Task类的介绍


#pragma once
 
#include <iostream>
#include <string>
 
enum ERROR
{
  Normal = 10,
  Div_Zeor,
  Mod_Zeor,
  UnKonwOperator
};
 
std::string opers = "!@#$%^&*()_=+-*/";
 
template <class T>
class Task
{
public:
  Task()
  {
  }
 
  Task(const T &data_x, const T &data_y, char oper)
      : _data_y(data_y),
        _data_x(data_x),
        _oper(oper),
        _code(Normal),
        _result(0)
  {
  }
 
  Task(const Task<T> &task)
      : _data_x(task._data_x),
        _data_y(task._data_y),
        _oper(task._oper),
        _result(task._result),
        _code(task._code)
  {
  }
  void Run()
  {
    switch (_oper)
    {
    case '+':
    {
      _result = _data_x + _data_y;
      break;
    }
    case '-':
    {
      _result = _data_x - _data_y;
      break;
    }
    case '*':
    {
      _result = _data_x * _data_y;
      break;
    }
    case '/':
    {
      if (_data_y == 0)
      {
        _code = Div_Zeor;
        break;
      }
 
      _result = _data_x / _data_y;
      break;
    }
    case '%':
    {
      if (_data_y == 0)
      {
        _code = Mod_Zeor;
        break;
      }
      _result = _data_x % _data_y;
      break;
    }
    default:
    {
      _code = UnKonwOperator;
      break;
    }
    }
  }
 
  std::string Print()
  {
    std::string show;
    if (_code == Normal)
    {
      show += "left[";
      show += std::to_string(_data_x);
      show += "]";
      show += _oper;
      show += "right[";
      show += std::to_string(_data_y);
      show += "]";
      show += "==";
      show += " ?";
    }
    else
    {
      show += "该任务非法";
      switch (_code)
      {
      case Div_Zeor:
        show += "Div_Zeor";
        break;
      case Mod_Zeor:
        show += "Mod_Zeor";
      case UnKonwOperator:
        show += "UnKonwOperator";
      default:
        break;
      }
    }
    return show;
  }
  std::string PrintResult()
  {
    return std::to_string(_result);
  }
 
private:
  T _data_x;
  T _data_y;
  T _result;
  char _oper;
  int _code;
};

这个Task类是一个模板类，设计用于执行两个同类型数据之间的基本算术运算。模板类型T允许这个类处理不同的数据类型，只要这些类型支持算术运算符。这个类的主要功能包括：

成员变量

_data_x 和 _data_y：存储要执行运算的两个操作数。
_oper：存储要执行的运算符（如+, -, *, /, %）。
_result：存储运算的结果。
_code：存储错误码，用于表示运算过程中是否出现错误（如除以零错误或未知运算符）。

成员函数

构造函数：有三个构造函数，一个默认构造函数，一个接受两个数据和一个运算符作为参数的构造函数，以及一个拷贝构造函数。
**Run**：执行实际的运算。根据_oper的值执行相应的算术运算，并将结果存储在_result中。如果运算过程中出现错误（如除以零），则更新_code以反映错误类型。
**Print**：返回一个字符串，表示运算的详细信息和可能发生的错误。如果没有错误，它将返回一个表示运算的字符串（例如，"left[5]+right[3]== ?"）。如果发生错误，它将包含错误类型（例如，"该任务非法Div_Zeor"）。
**PrintResult**：返回表示运算结果的字符串。

错误处理

ERROR枚举用于定义可能的错误类型，如Div_Zeor（除数为零）、Mod_Zeor（取模运算的除数为零）和UnKonwOperator（未知运算符）。这些错误码在运算过程中被设置，并可以通过Print函数来查看。

使用场景

这个类可以用于创建一个简单的算术表达式求值器，能够处理基本的算术运算。由于它是一个模板类，因此可以很容易地处理不同类型的数据，如整数、浮点数等。

注意事项

这个类没有进行复杂的错误处理，例如处理不支持的数据类型或检查运算符的有效性（除了基本的算术运算符外）。
在多线程环境中使用这个类时需要注意线程安全，因为这个类不是线程安全的。
如果需要处理更复杂的算术表达式（例如，包含括号、多个运算符和函数的表达式），则需要一个更复杂的解析器和求值器。

线程池的实现


#pragma once
 
#include <iostream>
#include <queue>
#include <vector>
#include <string>
#include "Task.hpp"
#include "LockGuard.hpp"
#include "myThread.hpp"
#include "Log.hpp"
#include <pthread.h>
 
const int Deafult_Num = 10;
struct ThreadData
{
  std::string _threaName;
 
  ThreadData(const std::string &threadname)
      : _threaName(threadname)
  {
  }
 
  ~ThreadData()
  {
  }
};
 
template <class T>
class ThreadPool
{
private:
  ThreadPool(const int threadNum = Deafult_Num)
      : _threadNum(threadNum)
  {
    pthread_cond_init(&_cond, nullptr);
    pthread_mutex_init(&_mutex, nullptr);
 
    for (int i = 0; i < _threadNum; i++)
    {
      std::string threadName = "thread-";
      threadName += std::to_string(i + 1);
      ThreadData tmp(threadName);
 
      myThread<ThreadData> tmp_thread(threadName, tmp, std::bind(&ThreadPool::ThreadRun, this, std::placeholders::_1));
      _threads.emplace_back(tmp_thread);
 
      lg.LogMessage(Info, "%s is created...\n", threadName.c_str());
    }
  }
  ThreadPool(const ThreadPool<T> &tp) = delete;
    const ThreadPool<T> &operator=(const ThreadPool<T>) = delete;
 
public:
    // 有线程安全问题的
    static ThreadPool<T> *GetInstance()
    {
        if (instance == nullptr)
        {
            LockGuard lockguard(&sig_lock);
            if (instance == nullptr)
            {
                lg.LogMessage(Info, "创建单例成功...\n");
                instance = new ThreadPool<T>();
            }
        }
 
        return instance;
    }
 
  bool Start()
  {
    // 启动
    for (auto &thread : _threads)
    {
      thread.Start();
      lg.LogMessage(Info, "%s is running ...\n", thread.ThreadName().c_str());
    }
 
    return true;
  }
 
  void ThreadRun(ThreadData &td)
  {
    while (true)
    {
      // 取任务
      T t;
      {
        LockGuard lockguard(&_mutex);
        while (_queue.empty())
        {
          ThreadWait(td);
          lg.LogMessage(Debug, "thread %s is wakeup\n", td._threaName.c_str());
        }
        t = _queue.front();
        _queue.pop();
      }
      // 处理任务
      t.Run();
      lg.LogMessage(Debug, "%s handler task %s done, result is : %s\n",
                    td._threaName.c_str(), t.Print().c_str(), t.PrintResult().c_str());
    }
  }
 
  void ThreadWait(const ThreadData &td)
  {
    lg.LogMessage(Debug, "no task, %s is sleeping...\n", td._threaName.c_str());
    pthread_cond_wait(&_cond, &_mutex);
  }
 
  void ThreadWakeup()
  {
    pthread_cond_signal(&_cond);
  }
 
  void Push(T &in)
  {
    lg.LogMessage(Debug, "other thread push a task, task is : %s\n", in.Print().c_str());
    LockGuard lockguard(&_mutex);
    _queue.push(in);
    ThreadWakeup();
  }
 
  void Wait()
  {
    for (auto &thread : _threads)
    {
      thread.Join();
    }
  }
 
    ~ThreadPool()
    {
        pthread_mutex_destroy(&_mutex);
        pthread_cond_destroy(&_cond);
    }
private:
  std::queue<T> _queue;
  std::vector<myThread<ThreadData>> _threads;
  int _threadNum;
  pthread_cond_t _cond;
  pthread_mutex_t _mutex;
 
    static ThreadPool<T> *instance;
    static pthread_mutex_t sig_lock;
};
 
template <class T>
ThreadPool<T> *ThreadPool<T>::instance = nullptr;
template <class T>
pthread_mutex_t ThreadPool<T>::sig_lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

ThreadPool 类

ThreadPool是一个线程池模板类，它允许你并行地处理一系列的任务。线程池中的线程数量可以在创建时指定，或者使用默认值（在这个例子中是Deafult_Num，尽管这个单词应该是Default_Num的拼写错误）。这个类使用了POSIX线程库（pthread）来实现线程同步。

成员变量


private:
  std::queue<T> _queue;
  std::vector<myThread<ThreadData>> _threads;
  int _threadNum;
  pthread_cond_t _cond;
  pthread_mutex_t _mutex;
 
  static ThreadPool<T> *instance;
  static pthread_mutex_t sig_lock;

_queue：一个存储Task类型对象的队列。
_threads：一个包含myThread<ThreadData>对象的向量，表示线程池中的线程。
_threadNum：线程池中的线程数量。
_cond：一个条件变量，用于线程的等待和唤醒。
_mutex：一个互斥锁，用于保护共享资源（如任务队列）。
instance：单例模式的实例指针。
sig_lock：保护单例实例化的互斥锁。

成员函数

构造函数 (ThreadPool)


class ThreadPool
{
private:
  ThreadPool(const int threadNum = Deafult_Num)
      : _threadNum(threadNum)
  {
    pthread_cond_init(&_cond, nullptr);
    pthread_mutex_init(&_mutex, nullptr);
 
    for (int i = 0; i < _threadNum; i++)
    {
      std::string threadName = "thread-";
      threadName += std::to_string(i + 1);
      ThreadData tmp(threadName);
 
      myThread<ThreadData> tmp_thread(threadName, tmp, std::bind(&ThreadPool::ThreadRun, this, std::placeholders::_1));
      _threads.emplace_back(tmp_thread);
 
      lg.LogMessage(Info, "%s is created...\n", threadName.c_str());
    }
  }


* 初始化线程池，设置线程数量，初始化条件变量和互斥锁。
* 根据线程数量创建相应数量的线程，并存储在`_threads`向量中。
* 线程名通过`ThreadData`结构传递，并记录日志。

GetInstance


  static ThreadPool<T> *GetInstance()
  {
    if (instance == nullptr)
    {
      LockGuard lockguard(&sig_lock);
      if (instance == nullptr)
      {
        lg.LogMessage(Info, "创建单例成功...\n");
        instance = new ThreadPool<T>();
      }
    }
 
    return instance;
  }


* 实现单例模式，确保整个程序中只有一个`ThreadPool`实例。
* 使用双重检查锁定（Double-Checked Locking）来确保线程安全。

Start


  bool Start()
  {
    // 启动
    for (auto &thread : _threads)
    {
      thread.Start();
      lg.LogMessage(Info, "%s is running ...\n", thread.ThreadName().c_str());
    }
 
    return true;
  }


* 启动线程池中的所有线程。
* 记录每个线程启动的日志。

ThreadRun


  void ThreadRun(ThreadData &td)
  {
    while (true)
    {
      // 取任务
      T t;
      {
        LockGuard lockguard(&_mutex);
        while (_queue.empty())
        {
          ThreadWait(td);
          lg.LogMessage(Debug, "thread %s is wakeup\n", td._threaName.c_str());
        }
        t = _queue.front();
        _queue.pop();
      }
      // 处理任务
      t.Run();
      lg.LogMessage(Debug, "%s handler task %s done, result is : %s\n",
                    td._threaName.c_str(), t.Print().c_str(), t.PrintResult().c_str());
    }
  }


* 线程的工作函数，每个线程都会执行这个函数。
* 在一个无限循环中，线程从任务队列中取出一个任务，执行它，并记录日志。
* 如果任务队列为空，线程会等待，直到有新的任务被推入队列。

ThreadWait


  void ThreadWait(const ThreadData &td)
  {
    lg.LogMessage(Debug, "no task, %s is sleeping...\n", td._threaName.c_str());
    pthread_cond_wait(&_cond, &_mutex);
  }


* 当任务队列为空时，线程会调用这个函数来等待。
* 使用条件变量来挂起线程，直到有新的任务被推入队列。

ThreadWakeup


  void ThreadWakeup()
  {
    pthread_cond_signal(&_cond);
  }


* 当有新任务被推入队列时，调用此函数来唤醒一个等待的线程。
* 使用条件变量的信号功能来实现。

Push


  void Push(T &in)
  {
    lg.LogMessage(Debug, "other thread push a task, task is : %s\n", in.Print().c_str());
    LockGuard lockguard(&_mutex);
    _queue.push(in);
    ThreadWakeup();
  }


* 允许其他线程将一个任务推入线程池的任务队列。
* 使用互斥锁来保护任务队列的线程安全。
* 唤醒一个等待的线程来处理新任务。

Wait


  void Wait()
  {
    for (auto &thread : _threads)
    {
      thread.Join();
    }
  }


* 等待线程池中的所有线程完成它们当前的任务并退出。
* 通常用于程序的结束阶段，确保所有任务都被处理完。

**析构函数


  ~ThreadPool()
  {
    pthread_mutex_destroy(&_mutex);
    pthread_cond_destroy(&_cond);
  }


* 析构函数应该负责清理资源，如销毁线程、销毁互斥锁和条件变量等。
* 还需要注意线程安全地停止和销毁线程。

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