C++ 多线程是什么？C++ 多线程详解

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。在一般情况下，有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处理的是程序的并发执行。基于线程的多任务处理的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。

C++ 不包含多线程应用程序的任何内置支持。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

有下面的例程，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。这个例程可在代码内的任何地方被调用任意次数。下面是关于参数的说明：

一个进程可以创建的最大线程数是依赖于实现的。线程一旦被创建，就是同等的，而且可以创建其他线程。线程之间没有隐含层次或依赖。

终止线程

有下面的例程，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() 例程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

这个简单的实例代码使用 pthread_create() 例程创建了 5 个线程。每个线程打印一个 "Hello World!" 消息，然后调用 pthread_exit() 终止线程。

#include <iostream> // 必须的头文件是 #include <pthread.h> using namespace std; #define NUM_THREADS 5 // 线程的运行函数 void* say_hello(void* args) {     cout << "Hello w3cschool！" << endl; } 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 w3cschool！ Hello w3cschool！ Hello w3cschool！ Hello w3cschool！ Hello w3cschool！

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 w3cschool！" 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 w3cschool！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, 1 main() : 创建线程, 2 main() : 创建线程, 3 main() : 创建线程, 4 Hello w3cschool! 线程 ID, 4 Hello w3cschool! 线程 ID, 3 Hello w3cschool! 线程 ID, 2 Hello w3cschool! 线程 ID, 1 Hello w3cschool! 线程 ID, 0

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：

#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 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

有以下两个例程，我们可以用它们来连接或分离线程：

pthread_join (threadid, status)  pthread_detach (threadid)

pthread_join() 子例程阻碍调用例程，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() 例程来等待线程的完成。

#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.