构建一个高效、线程安全的C++简易日志系统涉及多个方面，包括日志输出、文件写入、格式控制以及线程安全性。同时，保持系统的简洁和易于使用也是重要的。下面是一个基本的设计实现思路，包括代码样例：

基本思路

1. 日志级别控制：支持不同的日志级别（如INFO, DEBUG, WARNING, ERROR）。
2. 线程安全性：使用互斥锁或其他同步机制确保多线程环境下的安全性。
3. 异步日志记录：使用队列和后台线程将日志记录与应用程序主线程解耦，以提高性能。
4. 日志格式：支持时间戳、日志级别、源文件名、行号等信息。
5. 配置和扩展性：允许用户配置日志输出位置、日志级别等。

代码实现

#include <iostream>  
#include <fstream>  
#include <sstream>  
#include <string>  
#include <mutex>  
#include <thread>  
#include <queue>  
#include <condition_variable>  
#include <atomic>  
#include <chrono>  
enum class LogLevel {  
    INFO,  
    DEBUG,  
    WARNING,  
    ERROR  
};  
class Logger {  
public:  
    Logger(const std::string& filename) : logFile(filename), exitFlag(false) {  
        logThread = std::thread(&Logger::processEntries, this);  
    }  
    ~Logger() {  
        {  
            std::lock_guard<std::mutex> lock(queueMutex);  
            exitFlag = true;  
            queueCondVar.notify_one();  
        }  
        if (logThread.joinable()) {  
            logThread.join();  
        }  
    }  
    void log(LogLevel level, const std::string& message, const char* file, int line) {  
        std::stringstream ss;  
        ss << "[" << currentDateTime() << "] "  
           << "[" << logLevelToString(level) << "] "  
           << "[" << file << ":" << line << "] "  
           << message << "\n";  
        {  
            std::lock_guard<std::mutex> lock(queueMutex);  
            logQueue.push(ss.str());  
        }  
        queueCondVar.notify_one();  
    }  
private:  
    std::ofstream logFile;  
    std::thread logThread;  
    std::mutex queueMutex;  
    std::condition_variable queueCondVar;  
    std::queue<std::string> logQueue;  
    std::atomic<bool> exitFlag;  
    void processEntries() {  
        while (true) {  
            std::unique_lock<std::mutex> lock(queueMutex);  
            queueCondVar.wait(lock, [this] { return !logQueue.empty() || exitFlag; });  
            while (!logQueue.empty()) {  
                logFile << logQueue.front();  
                logQueue.pop();  
            }  
            if (exitFlag) break;  
        }  
    }  
    std::string logLevelToString(LogLevel level) {  
        switch (level) {  
            case LogLevel::INFO: return "INFO";  
            case LogLevel::DEBUG: return "DEBUG";  
            case LogLevel::WARNING: return "WARNING";  
            case LogLevel::ERROR: return "ERROR";  
            default: return "UNKNOWN";  
        }  
    }  
    std::string currentDateTime() {  
        std::time_t now = std::chrono::system_clock::to_time_t(std::chrono::system_clock::now());  
        char buf[100] = {0};  
        std::strftime(buf, sizeof(buf), "%Y-%m-%d %H:%M:%S", std::localtime(&now));  
        return buf;  
    }  
};  
// Usage example with a simple logging macro  
#define LOG(level, message) LoggerInstance.log(level, message, __FILE__, __LINE__)  
int main() {  
    Logger LoggerInstance("log.txt");  
    LOG(LogLevel::INFO, "This is an info message");  
    LOG(LogLevel::DEBUG, "Debugging the application");  
    LOG(LogLevel::WARNING, "This is a warning");  
    LOG(LogLevel::ERROR, "An error occurred");  
    return 0;  
}  

说明

• LogLevel: 使用枚举表示不同的日志级别。
• Logger类: 负责日志文件的打开和写入，使用线程和条件变量实现异步日志处理。
• log方法: 将日志消息格式化并加入队列。
• processEntries方法: 由独立线程运行，负责从队列中取出日志并写入文件。
• 线程安全: 使用std::mutex和std::condition_variable确保队列操作的线程安全性。
• 日志格式: 包含时间、级别、文件名和行号的信息。

这个系统提供了一个简单高效的日志解决方案，在需要时可以扩展或调整以满足更复杂的需求。