树莓派C++线程代码运行异常，抛出未知std::system_error错误

原始练习代码 #

// Standard C++ Libraries file, time and memory
#include <memory>
#include <fstream>
#include <chrono>
// Standard C++ Libraries for multi-threading
#include <thread>
#include <mutex>
#include <atomic>
#include <iostream>
#include <unistd.h>

using namespace std;
static mutex cout_lock;

static atomic<bool> main_done;

void func1(){
    while(1){
        sleep(1);
        cout_lock.lock();
        cout<<"In Fun1"<<"\n";
        cout_lock.unlock();
        if(main_done.load()){
            cout<<"Stopping Func1"<<"\n";
            break;
        }
    }
}

void func2(){
    while(1){
        sleep(1);
        cout_lock.lock();
        cout<<"In Fun2"<<"\n";
        cout_lock.unlock();
        if(main_done.load()){
            cout<<"Stopping Func2"<<"\n";
            break;
        }
    }
}

int main(){
    main_done.store(false);
    thread fn1(func1);
    thread fn2(func2);
    for (size_t idx = 0; idx < 5; ++idx)
    {
        cout<<idx<<"\n";
        sleep(1);
    }
    main_done.store(true);
    fn1.join();
    fn2.join();

    return 1;
}

编译与运行异常 #

使用以下命令编译：

g++ -Ofast -pthread thread_test.cpp -o thread_test

运行时能正常输出线程循环内容，但程序最终抛出异常：

terminate called after throwing an instance of 'std::system_error'
  what():  Unknown error -1225166128
Aborted

修改后的代码及新问题 #

尝试用try-catch包裹main逻辑，修改后代码片段：

try{
    main_done.store(false);
    thread fn1(func1);
    thread fn2(func2);
    for (size_t idx = 0; idx < 5; ++idx)
    {
        {
            unique_lock<mutex> lockMain(cout_lock);
            cout<<idx<<"\n";
        }
        sleep(1);
    }
    main_done.store(true);
    fn1.join();
    fn2.join();
}catch(std::exception const& e){
    std::cerr << "Error: " << e.what() << '\n';
}

return 0;

运行后仍出现终止错误，输出如下：

0
In Fun1
In Fun2
1
In Fun1
In Fun2
2
In Fun1
In Fun2
3
In Fun1
In Fun2
4
In Fun1
In Fun2
terminate called without an active exception
Aborted

问题原因与解决方法 #

核心问题 #

1. cout输出未完全加锁：线程函数中退出时的cout<<"Stopping FuncX"<<"\n";未使用互斥锁保护，多个线程同时写入标准输出会触发未定义行为，导致程序异常终止。
2. -Ofast优化的潜在影响：-Ofast会启用激进优化（包括忽略部分C++标准规则），可能对atomic变量的内存访问逻辑产生干扰，引发线程同步问题。
3. 循环逻辑顺序不合理：线程先执行输出再检查退出条件，导致主线程设置main_done后，线程仍会先执行一次输出，增加了竞争风险。

修复步骤 #

1. 给所有cout操作加锁：使用lock_guard或unique_lock确保所有标准输出操作都受互斥锁保护，避免竞争：
   修改线程函数示例：

   void func1(){
       while(true){
           // 先检查退出条件，避免不必要的执行
           if(main_done.load(std::memory_order_acquire)){
               std::lock_guard<std::mutex> lock(cout_lock);
               std::cout<<"Stopping Func1"<<"\n";
               break;
           }
           sleep(1);
           std::lock_guard<std::mutex> lock(cout_lock);
           std::cout<<"In Fun1"<<"\n";
       }
   }
   

2. 调整循环逻辑：先检查退出条件再执行任务，减少不必要的执行和竞争。
3. 替换优化参数：将-Ofast改为-O2，在保证优化效果的同时遵循C++标准，避免对线程同步逻辑的破坏。
4. 显式指定atomic内存序：对atomic变量的读写指定明确的内存序（如memory_order_acquire/memory_order_release），确保线程间的内存可见性。

完整修复后代码示例 #

#include <memory>
#include <fstream>
#include <chrono>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <atomic>
#include <iostream>
#include <unistd.h>

using namespace std;
static mutex cout_lock;
static atomic<bool> main_done;

void func1(){
    while(true){
        if(main_done.load(memory_order_acquire)){
            lock_guard<mutex> lock(cout_lock);
            cout<<"Stopping Func1"<<"\n";
            break;
        }
        sleep(1);
        lock_guard<mutex> lock(cout_lock);
        cout<<"In Fun1"<<"\n";
    }
}

void func2(){
    while(true){
        if(main_done.load(memory_order_acquire)){
            lock_guard<mutex> lock(cout_lock);
            cout<<"Stopping Func2"<<"\n";
            break;
        }
        sleep(1);
        lock_guard<mutex> lock(cout_lock);
        cout<<"In Fun2"<<"\n";
    }
}

int main(){
    main_done.store(false, memory_order_release);
    thread fn1(func1);
    thread fn2(func2);
    
    for (size_t idx = 0; idx < 5; ++idx)
    {
        lock_guard<mutex> lock(cout_lock);
        cout<<idx<<"\n";
        sleep(1);
    }
    
    main_done.store(true, memory_order_release);
    fn1.join();
    fn2.join();

    return 0;
}

编译命令 #

g++ -O2 -pthread thread_test.cpp -o thread_test

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user3746381