C++ 多线程
多线程是多任务处理的一种特殊形式,多任务处理允许计算机同时运行两个或多个程序。通常,多任务处理有两种类型:基于进程的多任务处理和基于线程的多任务处理。
基于进程的多任务处理处理程序的并发执行。基于线程的多任务处理处理同一程序不同部分并发执行。
多线程程序包含两个或多个可以并发运行的部分。此类程序的每个部分称为一个线程,每个线程定义一个单独的执行路径。
在 C++ 11 之前的版本中,没有内置对多线程应用程序的支持。相反,它完全依赖于操作系统来提供此功能。
本教程假设您在 Linux 操作系统上运行,我们将使用 POSIX 编写多线程 C++ 程序。 POSIX 线程(或称 Pthreads)提供的 API 可在众多类 Unix POSIX 系统(例如 FreeBSD、NetBSD、GNU/Linux、Mac OS X 和 Solaris)上使用。
创建线程
以下例程用于创建 POSIX 线程 -
#include <pthread.h> pthread_create (thread, attr, start_routine, arg)
此处,pthread_create 创建一个新线程并使其可执行。此例程可以在代码中的任何位置调用任意次数。以下是参数说明 -
| 序号 | 参数和说明 |
|---|---|
| 1 | thread 子例程返回的新线程的不透明唯一标识符。 |
| 2 | attr 可用于设置线程属性的不透明属性对象。您可以指定一个线程属性对象,或使用 NULL 作为默认值。 |
| 3 | start_routine 线程创建后将执行的 C++ 例程。 |
| 4 | arg 可以传递给 start_routine 的单个参数。它必须通过引用传递,并转换为 void 类型的指针。如果不传递参数,可以使用 NULL。 |
一个进程可以创建的最大线程数取决于实现。一旦创建,线程就是对等的,并且可以创建其他线程。线程之间没有隐含的层次结构或依赖关系。
终止线程
我们使用以下例程来终止 POSIX 线程 -
#include <pthread.h> pthread_exit (status)
此处 pthread_exit 用于显式退出线程。通常,pthread_exit() 例程在线程完成其工作且不再需要存在后调用。
如果 main() 在其创建的线程之前完成,并使用 pthread_exit() 退出,则其他线程将继续执行。否则,它们将在 main() 完成时自动终止。
示例
此简单的示例代码使用 pthread_create() 例程创建了 5 个线程。每个线程都会打印"Hello World!"消息,然后调用 pthread_exit() 终止。
#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <pthread.h>
using namespace std;
#define NUM_THREADS 5
void *PrintHello(void *threadid) {
long tid;
tid = (long)threadid;
cout << "Hello World! Thread ID, " << tid << endl;
pthread_exit(NULL);
}
int main () {
pthread_t threads[NUM_THREADS];
int rc;
int i;
for( i = 0; i < NUM_THREADS; i++ ) {
cout << "main() : creating thread, " << i << endl;
rc = pthread_create(&threads[i], NULL, PrintHello, (void *)i);
if (rc) {
cout << "Error:unable to create thread," << rc << endl;
exit(-1);
}
}
pthread_exit(NULL);
}
使用 -lpthread 库编译以下程序,如下所示 -
$gcc test.cpp -lpthread
现在,执行您的程序,将得到以下输出 -
main() : creating thread, 0 main() : creating thread, 1 main() : creating thread, 2 main() : creating thread, 3 main() : creating thread, 4 Hello World! Thread ID, 0 Hello World! Thread ID, 1 Hello World! Thread ID, 2 Hello World! Thread ID, 3 Hello World! Thread ID, 4
向线程传递参数
此示例演示如何通过结构体传递多个参数。您可以在线程回调中传递任何数据类型,因为它指向 void,如下例所示 -
#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);
}
当编译并执行上述代码时,它会产生以下结果 -
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
连接和分离线程
我们可以使用以下两个例程来连接或分离线程 -
pthread_join (threadid, status) pthread_detach (threadid)
pthread_join() 子例程会阻塞调用线程,直到指定的"threadid"线程终止。创建线程时,其属性之一定义了它是可连接还是可分离。只有创建为可连接的线程才能被连接。如果创建为可分离的线程,则永远无法被连接。
此示例演示如何使用 Pthread 连接例程等待线程完成。
#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;
// 初始化并设置线程可连接
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], &attr, wait, (void *)i );
if (rc) {
cout << "Error:unable to create thread," << rc << endl;
exit(-1);
}
}
// 释放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);
}
当编译并执行上述代码时,它会产生以下结果 -
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 : 0 .... exiting Sleeping in thread Thread with id : 1 .... exiting Sleeping in thread Thread with id : 2 .... exiting Sleeping in thread Thread with id : 3 .... exiting Sleeping in thread Thread with id : 4 .... 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.

