C++ 多线程

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多线程是多任务处理的一种特殊形式，多任务处理允许让电脑同时运行两个或两个以上的程序。一般情况下，两种类型的多任务处理： 基于进程和基于线程 。

基于进程的多任务处理是程序的并发执行。

基于线程的多任务处理是同一程序的片段的并发执行。

多线程程序包含可以同时运行的两个或多个部分。这样的程序中的每个部分称为一个线程，每个线程定义了一个单独的执行路径。

本教程假设您使用的是 Linux 操作系统，我们要使用 POSIX 编写多线程 C++ 程序。POSIX Threads 或 Pthreads 提供的 API 可在多种类 Unix POSIX 系统上可用，比如 FreeBSD、NetBSD、GNU/Linux、Mac OS X 和 Solaris。

下面的程序，我们可以用它来创建一个 POSIX 线程：

#include <pthread.h> pthread_create (thread, attr, start_routine, arg)

在这里， pthread_create 创建一个新的线程，并让它可执行。下面是关于参数的说明：

thread 指向线程标识符指针。一个不透明的属性对象，可以被用来设置线程属性。您可以指定线程属性对象，也可以使用默认值 NULL。 start_routine 线程运行函数起始地址，一旦线程被创建就会执行。运行函数的参数。它必须通过把引用作为指针强制转换为 void 类型进行传递。如果没有传递参数，则使用 NULL。

创建线程成功时，函数返回 0，若返回值不为 0 则说明创建线程失败。

使用下面的程序，我们可以用它来终止一个 POSIX 线程：

#include <pthread.h> pthread_exit (status)

在这里， pthread_exit 用于显式地退出一个线程。通常情况下，pthread_exit() 函数是在线程完成工作后无需继续存在时被调用。

如果 main() 是在它所创建的线程之前结束，并通过 pthread_exit() 退出，那么其他线程将继续执行。否则，它们将在 main() 结束时自动被终止。

以下简单的实例代码使用 pthread_create() 函数创建了 5 个线程，每个线程输出"Hello Runoob！":

#include < iostream > // 必须的头文件 #include < pthread.h > using namespace std ; #define NUM_THREADS 5 // 线程的运行函数 void * say_hello ( void * args ) cout << " Hello Runoob！ " << endl ; return 0 ; int main ( ) // 定义线程的 id 变量，多个变量使用数组 pthread_t tids [ NUM_THREADS ] ; for ( int i = 0 ; i < NUM_THREADS ; ++ i ) //参数依次是：创建的线程id，线程参数，调用的函数，传入的函数参数 int ret = pthread_create ( & tids [ i ] , NULL , say_hello , NULL ) ; if ( ret != 0 ) cout << " pthread_create error: error_code= " << ret << endl ; //等各个线程退出后，进程才结束，否则进程强制结束了，线程可能还没反应过来； pthread_exit ( NULL ) ;

使用 -lpthread 库编译下面的程序：

$ g++ test.cpp -lpthread -o test.o

现在，执行程序，将产生下列结果：

$ ./test.o Hello Runoob！ Hello Runoob！ Hello Runoob！ Hello Runoob！ Hello Runoob！

以下简单的实例代码使用 pthread_create() 函数创建了 5 个线程，并接收传入的参数。每个线程打印一个 "Hello Runoob!" 消息，并输出接收的参数，然后调用 pthread_exit() 终止线程。

//文件名：test.cpp #include < iostream > #include < cstdlib > #include < pthread.h > using namespace std ; #define NUM_THREADS 5 void * PrintHello ( void * threadid ) // 对传入的参数进行强制类型转换，由无类型指针变为整形数指针，然后再读取 int tid = * ( ( int * ) threadid ) ; cout << " Hello Runoob! 线程 ID, " << tid << endl ; pthread_exit ( NULL ) ; int main ( ) pthread_t threads [ NUM_THREADS ] ; int indexes [ NUM_THREADS ] ; // 用数组来保存i的值 int rc ; int i ; for ( i = 0 ; i < NUM_THREADS ; i ++ ) { cout << " main() : 创建线程, " << i << endl ; indexes [ i ] = i ; //先保存i的值 // 传入的时候必须强制转换为void* 类型，即无类型指针 rc = pthread_create ( & threads [ i ] , NULL , PrintHello , ( void * ) & ( indexes [ i ] ) ) ; if ( rc ) { cout << " Error:无法创建线程, " << rc << endl ; exit ( - 1 ) ; pthread_exit ( NULL ) ; my_data = ( struct thread_data * ) threadarg ; cout << " Thread ID : " << my_data -> thread_id ; cout << " Message : " << my_data -> message << endl ; pthread_exit ( NULL ) ; int main ( ) pthread_t threads [ NUM_THREADS ] ; struct thread_data td [ NUM_THREADS ] ; int rc ; int i ; for ( i = 0 ; i < NUM_THREADS ; i ++ ) { cout << " main() : creating thread, " << i << endl ; td [ i ] . thread_id = i ; td [ i ] . message = ( char * ) " This is message " ; rc = pthread_create ( & threads [ i ] , NULL , PrintHello , ( void * ) & td [ i ] ) ; if ( rc ) { cout << " Error:unable to create thread, " << rc << endl ; exit ( - 1 ) ; pthread_exit ( NULL ) ;

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

$ g++ -Wno-write-strings test.cpp -lpthread -o test.o $ ./test.o main() : creating thread, 0 main() : creating thread, 1 Thread ID : 0 Message : This is message main() : creating thread, Thread ID : 21 Message : This is message main() : creating thread, 3 Thread ID : 2 Message : This is message main() : creating thread, 4 Thread ID : 3 Message : This is message Thread ID : 4 Message : This is message

连接和分离线程

我们可以使用以下两个函数来连接或分离线程：

pthread_join (threadid, status) pthread_detach (threadid)

pthread_join() 子程序阻碍调用程序，直到指定的 threadid 线程终止为止。当创建一个线程时，它的某个属性会定义它是否是可连接的（joinable）或可分离的（detached）。只有创建时定义为可连接的线程才可以被连接。如果线程创建时被定义为可分离的，则它永远也不能被连接。

这个实例演示了如何使用 pthread_join() 函数来等待线程的完成。

#include < iostream > #include < cstdlib > #include < pthread.h > #include < unistd.h > using namespace std ; #define NUM_THREADS 5 void * wait ( void * t ) int i ; long tid ; tid = ( long ) t ; sleep ( 1 ) ; cout << " Sleeping in thread " << endl ; cout << " Thread with id : " << tid << " ...exiting " << endl ; pthread_exit ( NULL ) ; int main ( ) int rc ; int i ; pthread_t threads [ NUM_THREADS ] ; pthread_attr_t attr ; void * status ; // 初始化并设置线程为可连接的（joinable） pthread_attr_init ( & attr ) ; pthread_attr_setdetachstate ( & attr , PTHREAD_CREATE_JOINABLE ) ; for ( i = 0 ; i < NUM_THREADS ; i ++ ) { cout << " main() : creating thread, " << i << endl ; rc = pthread_create ( & threads [ i ] , NULL , wait , ( void * ) & i ) ; if ( rc ) { cout << " Error:unable to create thread, " << rc << endl ; exit ( - 1 ) ; // 删除属性，并等待其他线程 pthread_attr_destroy ( & attr ) ; for ( i = 0 ; i < NUM_THREADS ; i ++ ) { rc = pthread_join ( threads [ i ] , & status ) ; if ( rc ) { cout << " Error:unable to join, " << rc << endl ; exit ( - 1 ) ; cout << " Main: completed thread id : " << i ; cout << " exiting with status : " << status << endl ; cout << " Main: program exiting. " << endl ; pthread_exit ( NULL ) ;

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

main() : creating thread, 0 main() : creating thread, 1 main() : creating thread, 2 main() : creating thread, 3 main() : creating thread, 4 Sleeping in thread Thread with id : 4 ...exiting Sleeping in thread Thread with id : 3 ...exiting Sleeping in thread Thread with id : 2 ...exiting Sleeping in thread Thread with id : 1 ...exiting Sleeping in thread Thread with id : 0 ...exiting Main: completed thread id :0 exiting with status :0 Main: completed thread id :1 exiting with status :0 Main: completed thread id :2 exiting with status :0 Main: completed thread id :3 exiting with status :0 Main: completed thread id :4 exiting with status :0 Main: program exiting.

std::thread

C++ 11 之后添加了新的标准线程库 std::thread ， std::thread 在 <thread> 头文件中声明，因此使用 std::thread 时需要包含 在 <thread> 头文件。

之前一些编译器使用 C++ 11 的编译参数是 -std=c++11 :

g++ -std=c++11 test.cpp

std::thread 默认构造函数，创建一个空的 std::thread 执行对象。

#include<thread>
std::thread thread_object(callable)

一个可调用对象可以是以下三个中的任何一个：

lambda 表达式

定义 callable 后，将其传递给 std::thread 构造函数 thread_object 。

// 演示多线程的CPP程序
// 使用三个不同的可调用对象
#include <iostream>
#include <thread>
using namespace std ;
// 一个虚拟函数
void foo ( int Z )
for ( int i = 0 ; i < Z ; i ++ ) {
cout << "线程使用函数指针作为可调用参数 \n " ;
// 可调用对象
class thread_obj {
public :
void operator ( ) ( int x )
for ( int i = 0 ; i < x ; i ++ )
cout << "线程使用函数对象作为可调用参数 \n " ;
int main ( )
cout << "线程 1 、2 、3 "
"独立运行" << endl ;
// 函数指针
thread th1 ( foo, 3 ) ;
// 函数对象
thread th2 ( thread_obj ( ) , 3 ) ;
// 定义 Lambda 表达式
auto f = [ ] ( int x ) {
for ( int i = 0 ; i < x ; i ++ )
cout << "线程使用 lambda 表达式作为可调用参数 \n " ;
// 线程通过使用 lambda 表达式作为可调用的参数
thread th3 ( f, 3 ) ;
// 等待线程完成
// 等待线程 t1 完成
th1. join ( ) ;
// 等待线程 t2 完成
th2. join ( ) ;
// 等待线程 t3 完成
th3. join ( ) ;
return 0 ;

使用 C++ 11 的编译参数 -std=c++11 :

g++ -std=c++11 test.cpp

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

线程 1 、2 、3 独立运行
线程使用函数指针作为可调用参数
线程使用函数指针作为可调用参数
线程使用函数指针作为可调用参数
线程使用函数对象作为可调用参数
线程使用函数对象作为可调用参数
线程使用函数对象作为可调用参数
线程使用 lambda 表达式作为可调用参数
线程使用 lambda 表达式作为可调用参数
线程使用 lambda 表达式作为可调用参数

更多实例参考：
C++ 多线程: http://www.runoob.com/w3cnote/cpp-multithread-demo.html

C++ std::thread : https://www.runoob.com/w3cnote/cpp-std-thread.html

std::cout << "Hello Concurrent World\n"; if (main_thread_id == std::this_thread::get_id()) std::cout << "This is the main thread.\n"; std::cout << "This is not the main thread.\n"; void pause_thread(int n) { std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(n)); std::cout << "pause of " << n << " seconds ended\n"; int main() { std::thread t(hello); std::cout << t.hardware_concurrency() << std::endl;//可以并发执行多少个(不准确) std::cout << "native_handle " << t.native_handle() << std::endl;//可以并发执行多少个(不准确) t.join(); std::thread a(hello); a.detach(); std::thread threads[5]; // 默认构造线程 std::cout << "Spawning 5 threads...\n"; for (int i = 0; i < 5; ++i) threads[i] = std::thread(pause_thread, i + 1); // move-assign threads std::cout << "Done spawning threads. Now waiting for them to join:\n"; for (auto &thread : threads) thread.join(); std::cout << "All threads joined!\n";

之前一些编译器使用 C++11 的编译参数是 -std=c++11

g++ -std=c++11 test.cpp -lpthread

ztftrue