C++11多线程的使用

- 日理万妓 2022-06-11 09:37 253阅读 0赞

C++11之前，C++语言没有对并发编程提供语言级别的支持，这使得我们在编写可移植的并发程序时，存在诸多不便。现在C++11增加了线程以及线程相关的类，很方便地支持了并发编程，使得编写的多线程程序的可移植性得到了很大提高。

有关线程的概念及相关知识，我们在这里就不再提了，只讲一下在C++下如何创建和使用线程。C++11提供了线程的类，由于C++封装的特性，使得我们使用封装好的类有关线程操作非常的简便。

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#### **线程的创建** ####

首先我们要包含头文件<thread>。在g++编译下，需要加-lpthread参数。  
用std::thread创建线程非常简单，只需要提供线程函数或者函数对象即可，并且可以同时指定线程函数的参数。下面是创建线程的示例：

#include<thread>
    
    void func()
    {
        //do some work
    }
    
    int main()
    {
        std::thread t(func);
        t.join();
        return 0;
    }

在上例中，函数func将会运行于线程对象t中，join函数将会阻塞线程，直到线程函数执行结束，如果线程函数有返回值，返回值将被忽略。  
如果不希望线程被阻塞执行，可以调用线程的detach()方法，将线程和线程对象分离。

#include<thread>
    
    void func()
    {
        //do some work
    }
    
    int main()
    {
        std::thread t(func);
        t.detach();
        //做其他事情..
        return 0;
    }

通过detach，线程就和线程对象分离了。其实就跟设置linux下的线程detach属性是一样的。需要注意的是,detach之后就无法再和线程发生联系了，比如detach之后就不能再通过join来等待线程执行完，线程何时执行完我们也无法控制了。

线程还可以接收任意个数的参数：

void func(int i,double d,const std::string& s)
    {
        std::cout<<i<<","<<d<<","<<s<<std::endl;
    }
    
    int main()
    {
        std::thread t(func,1,2,"test");
        t.join();
    
        return 0;
    }

需要注意的是，使用C++创建线程时，由于对象具有相应的生命周期，std::thread出了作用域之后将会析构，这时如果线程函数还没有执行完则会发生错误，因此，需要保证线程函数的生命周期在线程变量std::thread的生命周期之内。  
在我们创建了std::thread类型的对象后，线程就会运行相应的函数，但如果我们既没有调用join()函数，也没调用detach()函数的话，当thread对象析构时，就会发生段错误。**所以，我们创建完线程对象后，一定要记得调用join()函数或者detach()函数。**

我们还可以将线程对象保存到一个容器中，以保证线程对象的生命周期。  
例如:

/************************************************************************* > File Name: 2.cpp > Author:fengxin > Mail:903087053@qq.com > Created Time: 2017年08月04日 星期五 08时57分34秒 ************************************************************************/
    
    #include<iostream>
    #include<thread>
    #include<vector>
    
    using namespace std;
    
    std::vector<std::thread> g_list;
    std::vector<std::shared_ptr<std::thread>> g_list2;
    
    
    void func()
    {
        cout<<"i'am a thread!"<<endl;
    }
    
    void CreateThread()
    {
        std::thread t(func);
        g_list.push_back(std::move(t));
        g_list2.push_back(std::make_shared<std::thread>(func));
    }
    
    int main()
    {
        CreateThread();
        for(auto& thread:g_list)
        {
            thread.join();
        }
    
        for(auto& thread:g_list2)
        {
            thread->join();
        }
    
        return 0;
    
    }

因为vector容器对象是在全局定义的，所以它的生命周期在程序运行完时才结束。当我们把线程对象放入容器后，线程对象的生命周期也延长了。

线程不能复制，但可以移动，例如：

/*************************************************************************
     > File Name: 1.cpp
     > Author:fengxin 
     > Mail:903087053@qq.com 
     > Created Time: 2017年08月04日 星期五 08时36分44秒
     ************************************************************************/
    
    #include<iostream>
    #include<thread>
    #include<unistd.h>
    using namespace std;
    
    
    void func()
    {
     cout<<"i'am a thread,id is "<<endl;
    }
    
    int main()
    {
     std::thread t(func);
     std::thread t1(std::move(t));
     t1.join();
    
     return 0;
    }

需要我们注意的是，线程被移动后，线程对象t将不再代码任何线程了。所以我们不能对移动后的线程对象进行任何操作，比如执行t.join()，此时程序会报错。

另外，还可以通过std::bind或lambda表达式来创建线程：

/*************************************************************************
     > File Name: 5.cpp
     > Author:fengxin 
     > Mail:903087053@qq.com 
     > Created Time: 2017年08月04日 星期五 10时05分16秒
     ************************************************************************/
    
    #include<iostream>
    #include<thread>
    using namespace std;
    
    
    void func(int a,double b)
    {
     cout<<"i'am a thread"<<endl;
    }
    
    int main()
    {
     std::thread t1(std::bind(func,1,2));
     std::thread t2([](int a,double b){ cout<<"i'am a thread ,too"<<endl; },1,2);
     t1.join();
     t2.join();
     return 0;
    }

#### **获取当前信息** ####

线程可以获取当前线程的ID，还可以获取CPU核心数量，例如：

/*************************************************************************
     > File Name: 3.cpp
     > Author:fengxin 
     > Mail:903087053@qq.com 
     > Created Time: 2017年08月04日 星期五 09时07分20秒
     ************************************************************************/
    
    #include<iostream>
    #include<thread>
    using namespace std;
    
    void func()
    {
    
    }
    
    int main()
    {
     std::thread t(func);
     cout<<t.get_id()<<endl; //获取当前线程ID
     //获取CPU核数，如果获取失败则返回0
     cout<<std::thread::hardware_concurrency()<<endl;
     t.join();
     return 0;
    }

#### **线程休眠** ####

可以使当前线程休眠一定时间。

/*************************************************************************
     > File Name: 4.cpp
     > Author:fengxin 
     > Mail:903087053@qq.com 
     > Created Time: 2017年08月04日 星期五 09时16分11秒
     ************************************************************************/
    
    #include<iostream>
    #include<thread>
    using namespace std;
    
    
    void f()
    {
     std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(3));
     cout<<"time out"<<endl;
    }
    
    int main()
    {
     std::thread t(f);
     t.join();
    }

#### **与Linux下NPTL线程的使用比较** ####

其实，C++利用语言本身的特性，将线程的相关操作封装成一个类。由于对象的生命周期的属性，使得我们简便了很多的操作。比如线程的属性设置，我们可以直接调用detach()函数，就可以将线程的属性设置为分离态，比如线程执行函数的传参，如果我们在使用linux线程库提供的pthread\_create函数，想要向线程执行函数传入多个参数，那么我们就需要定义一个结构体，在执行函数内部要进行强制转换成相应的结构体指针，而我们使用c++提供的线程创建，我们就可以直接将所有参数传入函数中，不需要我们自己做额外的处理操作。