C++ 多线程
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。
创建线程
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：
参数 |
描述 |
thread |
指向线程标识符指针。 |
attr |
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。 |
arg |
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。
终止线程
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。
实例
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！":
实例
#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.oHello 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。
实例
//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); }
现在编译并执行程序，将产生下列结果：
$ g++ test.cpp -lpthread -o test.o $ ./test.o main() : 创建线程, 0 main() : 创建线程, 1Hello Runoob! 线程 ID, 0 main() : 创建线程, Hello Runoob! 线程 ID, 21 main() : 创建线程, 3Hello Runoob! 线程 ID, 2 main() : 创建线程, 4Hello Runoob! 线程 ID, 3Hello Runoob! 线程 ID, 4
向线程传递参数
这个实例演示了如何通过结构传递多个参数。您可以在线程回调中传递任意的数据类型，因为它指向 void，如下面的实例所示：
实例
#include <iostream> #include <cstdlib> #include <pthread.h> using namespace std; #define NUM_THREADS 5 struct thread_data{ int thread_id; char *message; }; void *PrintHello(void *threadarg) { struct thread_data *my_data; 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, 1Thread ID : 0 Message : This is message main() : creating thread, Thread ID : 21 Message : This is message main() : creating thread, 3Thread ID : 2 Message : This is message main() : creating thread, 4Thread ID : 3 Message : This is messageThread 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。
实例
#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, 4Sleeping 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 :0Main: completed thread id :1 exiting with status :0Main: completed thread id :2 exiting with status :0Main: completed thread id :3 exiting with status :0Main: completed thread id :4 exiting with status :0Main: 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：
- 函数指针
- 函数对象
- lambda 表达式
定义 callable 后，将其传递给 std::thread 构造函数 thread_object。
实例
// 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
