c++ 多線程
多線程是多任務(wù)處理的一種特殊形式，多任務(wù)處理允許讓電腦同時(shí)運(yùn)行兩個(gè)或兩個(gè)以上的程序。在一般情況下，有兩種類型的多任務(wù)處理：基于進(jìn)程和基于線程。
基于進(jìn)程的多任務(wù)處理處理的是程序的并發(fā)執(zhí)行?；诰€程的多任務(wù)處理的是同一程序的片段的并發(fā)執(zhí)行。
多線程程序包含可以同時(shí)運(yùn)行的兩個(gè)或多個(gè)部分。這樣的程序中的每個(gè)部分稱為一個(gè)線程，每個(gè)線程定義了一個(gè)單獨(dú)的執(zhí)行路徑。
c++ 不包含多線程應(yīng)用程序的任何內(nèi)置支持。相反，它完全依賴于操作系統(tǒng)來(lái)提供此功能。
本教程假設(shè)您使用的是 linux 操作系統(tǒng)，我們要使用 posix 編寫多線程 c++ 程序。posix threads 或 pthreads 提供的 api 可在多種類 unix posix 系統(tǒng)上可用，比如 freebsd、netbsd、gnu/linux、mac os x 和 solaris。
1. 創(chuàng)建線程
有下面的例程，我們可以用它來(lái)創(chuàng)建一個(gè) posix 線程：
#include <pthread.h> pthread_create (thread, attr, start_routine, arg)
在這里，pthread_create 創(chuàng)建一個(gè)新的線程，并讓它可執(zhí)行。這個(gè)例程可在代碼內(nèi)的任何地方被調(diào)用任意次數(shù)。下面是關(guān)于參數(shù)的說(shuō)明：
| 參數(shù) | 描述 |
|---|---|
| thread | 一個(gè)不透明的、唯一的標(biāo)識(shí)符，用來(lái)標(biāo)識(shí)例程返回的新線程。 |
| attr | 一個(gè)不透明的屬性對(duì)象，可以被用來(lái)設(shè)置線程屬性。您可以指定線程屬性對(duì)象，也可以使用默認(rèn)值 null。 |
| start_routine | c++ 例程，一旦線程被創(chuàng)建就會(huì)執(zhí)行。 |
| arg | 一個(gè)可能傳遞給 start_routine 的參數(shù)。它必須通過(guò)把引用作為指針強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為 void 類型進(jìn)行傳遞。如果沒有傳遞參數(shù)，則使用 null。 |
一個(gè)進(jìn)程可以創(chuàng)建的最大線程數(shù)是依賴于實(shí)現(xiàn)的。線程一旦被創(chuàng)建，就是同等的，而且可以創(chuàng)建其他線程。線程之間沒有隱含層次或依賴。
2. 終止線程
有下面的例程，我們可以用它來(lái)終止一個(gè) posix 線程：
#include <pthread.h> pthread_exit (status)
在這里，pthread_exit 用于顯式地退出一個(gè)線程。通常情況下，pthread_exit() 例程是在線程完成工作后無(wú)需繼續(xù)存在時(shí)被調(diào)用。
如果 main() 是在它所創(chuàng)建的線程之前結(jié)束，并通過(guò) pthread_exit() 退出，那么其他線程將繼續(xù)執(zhí)行。否則，它們將在 main() 結(jié)束時(shí)自動(dòng)被終止。
3. 實(shí)例
這個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)例代碼使用 pthread_create() 例程創(chuàng)建了 5 個(gè)線程。每個(gè)線程打印一個(gè) "hello world!" 消息，然后調(diào)用 pthread_exit() 終止線程。
#include <iostream>
// 必須的頭文件是
#include <pthread.h>
using namespace std;
#define num_threads 5
// 線程的運(yùn)行函數(shù)
void* say_hello(void* args)
{
cout << "hello w3cschool！" << endl;
}
int main()
{
// 定義線程的 id 變量，多個(gè)變量使用數(shù)組
pthread_t tids[num_threads];
for(int i = 0; i < num_threads; ++i)
{
//參數(shù)依次是：創(chuàng)建的線程id，線程參數(shù)，調(diào)用的函數(shù)，傳入的函數(shù)參數(shù)
int ret = pthread_create(&tids[i], null, say_hello, null);
if (ret != 0)
{
cout << "pthread_create error: error_code=" << ret << endl;
}
}
//等各個(gè)線程退出后，進(jìn)程才結(jié)束，否則進(jìn)程強(qiáng)制結(jié)束了，線程可能還沒反應(yīng)過(guò)來(lái)；
pthread_exit(null);
}
使用 -lpthread 庫(kù)編譯下面的程序：
$ g++ test.cpp -lpthread -o test.o
現(xiàn)在，執(zhí)行程序，將產(chǎn)生下列結(jié)果：
$ ./test.o hello w3cschool！ hello w3cschool！ hello w3cschool！ hello w3cschool！ hello w3cschool！
以下簡(jiǎn)單的實(shí)例代碼使用 pthread_create() 函數(shù)創(chuàng)建了 5 個(gè)線程，并接收傳入的參數(shù)。每個(gè)線程打印一個(gè) "hello w3cschool！" 消息，并輸出接收的參數(shù)，然后調(diào)用 pthread_exit() 終止線程。
//文件名：test.cpp
#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <pthread.h>
using namespace std;
#define num_threads 5
void *printhello(void *threadid)
{
// 對(duì)傳入的參數(shù)進(jìn)行強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換，由無(wú)類型指針變?yōu)檎螖?shù)指針，然后再讀取
int tid = *((int*)threadid);
cout << "hello w3cschool！線程 id, " << tid << endl;
pthread_exit(null);
}
int main ()
{
pthread_t threads[num_threads];
int indexes[num_threads];// 用數(shù)組來(lái)保存i的值
int rc;
int i;
for( i=0; i < num_threads; i++ ){
cout << "main() : 創(chuàng)建線程, " << i << endl;
indexes[i] = i; //先保存i的值
// 傳入的時(shí)候必須強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為void* 類型，即無(wú)類型指針
rc = pthread_create(&threads[i], null,
printhello, (void *)&(indexes[i]));
if (rc){
cout << "error:無(wú)法創(chuàng)建線程," << rc << endl;
exit(-1);
}
}
pthread_exit(null);
}
現(xiàn)在編譯并執(zhí)行程序，將產(chǎn)生下列結(jié)果：
$ g++ -wno-write-strings test.cpp -lpthread -o test.o $ ./test.o main() : creating thread, 0 main() : creating thread, 1 main() : creating thread, 2 main() : creating thread, 3 main() : creating thread, 4 thread id : 3 message : this is message thread id : 2 message : this is message thread id : 0 message : this is message thread id : 1 message : this is message thread id : 4 message : this is message
向線程傳遞參數(shù)
這個(gè)實(shí)例演示了如何通過(guò)結(jié)構(gòu)傳遞多個(gè)參數(shù)。您可以在線程回調(diào)中傳遞任意的數(shù)據(jù)類型，因?yàn)樗赶?void，如下面的實(shí)例所示：
#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 = "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);
}
當(dāng)上面的代碼被編譯和執(zhí)行時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生下列結(jié)果：
$ g++ -wno-write-strings test.cpp -lpthread -o test.o $ ./test.o main() : creating thread, 0 main() : creating thread, 1 main() : creating thread, 2 main() : creating thread, 3 main() : creating thread, 4 thread id : 3 message : this is message thread id : 2 message : this is message thread id : 0 message : this is message thread id : 1 message : this is message thread id : 4 message : this is message
4. 連接和分離線程
有以下兩個(gè)例程，我們可以用它們來(lái)連接或分離線程：
pthread_join (threadid, status) pthread_detach (threadid)
pthread_join() 子例程阻礙調(diào)用例程，直到指定的 threadid 線程終止為止。當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)線程時(shí)，它的某個(gè)屬性會(huì)定義它是否是可連接的（joinable）或可分離的（detached）。只有創(chuàng)建時(shí)定義為可連接的線程才可以被連接。如果線程創(chuàng)建時(shí)被定義為可分離的，則它永遠(yuǎn)也不能被連接。
這個(gè)實(shí)例演示了如何使用 pthread_join() 例程來(lái)等待線程的完成。
#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;
// 初始化并設(shè)置線程為可連接的（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);
}
}
// 刪除屬性，并等待其他線程
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);
}
當(dāng)上面的代碼被編譯和執(zhí)行時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生下列結(jié)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.
C++基礎(chǔ)