Как я могу создать новый класс, чтобы наследовать ostream и использовать его как cout, но с блокировкой

Одним из вариантов было бы создание класса, который содержит ссылку на поток, но удерживает блокировку на протяжении всего времени его существования. Вот простой пример:

#include <iostream>
#include <mutex>

struct LockedOstream {
    std::lock_guard<std::mutex> lg_;
    std::ostream& os_;
    LockedOstream(std::mutex& m, std::ostream& os)
      : lg_{m}
      , os_{os}
    { }
    std::ostream& stream() const { return os_; }
};

int main()
{
    std::mutex m;
    LockedOstream(m, std::cout).stream() << "foo " << "bar\n";
    //                        ^ locked now                   ^ unlocked now
}

Это работает до тех пор, пока вся печать, которая формирует единую «единицу» вывода, происходит в одном и том же операторе.

Редактировать: На самом деле, версия наследования намного лучше, чем я изначально ожидал:

#include <iostream>
#include <mutex>

class LockedOstream : public std::ostream {
    static std::mutex& getCoutMutex()
        // use a Meyers' singleton for the cout mutex to keep this header-only
    {
        static std::mutex m;
        return m;
    }

    std::lock_guard<std::mutex> lg_;

  public:
    // Generic constructor
    // You need to pass the right mutex to match the stream you want
    LockedOstream(std::mutex& m, std::ostream& os)
      : std::ostream(os.rdbuf())
      , lg_{m}
    { }

    // Cout specific constructor
    // Uses a mutex singleton specific for cout
    LockedOstream()
      : LockedOstream(getCoutMutex(), std::cout)
    { }
};

int main()
{
    LockedOstream() << "foo " << "bar\n";
    //            ^ locked now          ^ unlocked now
}

Как в сторону:

• using namespace std; широко считается плохой практикой, и
• Я тоже не большой поклонник std::endl

(хотя последнее иногда вызывает споры, но, по крайней мере, полезно знать и делать осознанный выбор).

Вы можете определить свою собственную функцию

template<typename... Ts>
void locked_print(std::ostream& stream, Ts&&... ts)
{
    static std::mutex mtx;
    std::lock_guard<std::mutex> guard(mtx);
    (stream << ... << std::forward<Ts>(ts));
}

И если вы хотите убедиться, что это эксклюзив, вы можете назвать это как locked_print(std::cout, 1, 2, "bar");

Поскольку outstream << x1 << x2 << ... — это множественные вызовы функций, у вас нет возможности сделать это внутри, кроме как заблокировать все до уничтожения того же исходящего потока. Вы можете просто заставить свое ограничение, когда вы его называете:

{
  std::lock_guard<std::mutex> guard(global_mutex);
  // your print here
}