C++ 多執行緒
多執行緒是多工處理的一種特殊形式，多工處理允許讓電腦同時執行兩個或兩個以上的程式。一般情況下，兩種型別的多工處理： 基於程式和基於執行緒。
- 基於程式的多工處理是程式的併發執行。
- 基於執行緒的多工處理是同一程式的片段的併發執行。
多執行緒程式包含可以同時執行的兩個或多個部分。這樣的程式中的每個部分稱為一個執行緒，每個執行緒定義了一個單獨的執行路徑。
本教程假設您使用的是 Linux 作業系統，我們要使用 POSIX 編寫多執行緒 C++ 程式。POSIX Threads 或 Pthreads 提供的 API 可在多種類 Unix POSIX 系統上可用，比如 FreeBSD、NetBSD、GNU/Linux、Mac OS X 和 Solaris。
下面的程式，我們可以用它來建立一個 POSIX 執行緒：
#include <pthread.h> pthread_create (thread, attr, start_routine, arg)
在這裡， pthread_create 建立一個新的執行緒，並讓它可執行。下面是關於引數的說明：
| 引數 | 描述 |
|---|---|
| thread | 指向執行緒識別符號指標。 |
| attr | 一個不透明的屬性物件，可以被用來設定執行緒屬性。您可以指定執行緒屬性物件，也可以使用預設值 NULL。 |
| start_routine | 執行緒執行函式起始地址，一旦執行緒被建立就會執行。 |
| arg | 執行函式的引數。它必須透過把引用作為指標強制轉換為 void 型別進行傳遞。如果沒有傳遞引數，則使用 NULL。 |
建立執行緒成功時，函式返回 0，若返回值不為 0 則說明建立執行緒失敗。
使用下面的程式，我們可以用它來終止一個 POSIX 執行緒：
#include <pthread.h> pthread_exit (status)
在這裡， pthread_exit 用於顯式地退出一個執行緒。通常情況下，pthread_exit() 函式是線上程完成工作後無需繼續存在時被呼叫。
如果 main() 是在它所建立的執行緒之前結束，並透過 pthread_exit() 退出，那麼其他執行緒將繼續執行。否則，它們將在 main() 結束時自動被終止。
以下簡單的例項程式碼使用 pthread_create() 函式建立了 5 個執行緒，每個執行緒輸出"Hello Runoob！":
#include <iostream>
// 必須的標頭檔案
#include <pthread.h>
using namespace std;
#define NUM_THREADS 5
// 執行緒的執行函式
void* say_hello(void* args)
{
cout << "Hello Runoob！" << endl;
return 0;
}
int main()
{
// 定義執行緒的 id 變數，多個變數使用陣列
pthread_t tids[NUM_THREADS];
for(int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i)
{
//引數依次是：建立的執行緒id，執行緒引數，呼叫的函式，傳入的函式引數
int ret = pthread_create(&tids[i], NULL, say_hello, NULL);
if (ret != 0)
{
cout << "pthread_create error: error_code=" << ret << endl;
}
}
//等各個執行緒退出後，程式才結束，否則程式強制結束了，執行緒可能還沒反應過來；
pthread_exit(NULL);
}
使用 -lpthread 庫編譯下面的程式：
$ g++ test.cpp -lpthread -o test.o
現在，執行程式，將產生下列結果：
$ ./test.o Hello Runoob！ Hello Runoob！ Hello Runoob！ Hello Runoob！ Hello Runoob！
以下簡單的例項程式碼使用 pthread_create() 函式建立了 5 個執行緒，並接收傳入的引數。每個執行緒列印一個 "Hello Runoob!" 訊息，並輸出接收的引數，然後呼叫 pthread_exit() 終止執行緒。
//檔名：test.cpp
#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <pthread.h>
using namespace std;
#define NUM_THREADS 5
void *PrintHello(void *threadid)
{
// 對傳入的引數進行強制型別轉換，由無型別指標變為整形數指標，然後再讀取
int tid = *((int*)threadid);
cout << "Hello Runoob! 執行緒 ID, " << tid << endl;
pthread_exit(NULL);
}
int main ()
{
pthread_t threads[NUM_THREADS];
int indexes[NUM_THREADS];// 用陣列來儲存i的值
int rc;
int i;
for( i=0; i < NUM_THREADS; i++ ){
cout << "main() : 建立執行緒, " << i << endl;
indexes[i] = i; //先儲存i的值
// 傳入的時候必須強制轉換為void* 型別，即無型別指標
rc = pthread_create(&threads[i], NULL,
PrintHello, (void *)&(indexes[i]));
if (rc){
cout << "Error:無法建立執行緒," << rc << endl;
exit(-1);
}
}
pthread_exit(NULL);
}
現在編譯並執行程式，將產生下列結果：
$ g++ test.cpp -lpthread -o test.o $ ./test.o main() : 建立執行緒, 0 main() : 建立執行緒, 1 Hello Runoob! 執行緒 ID, 0 main() : 建立執行緒, Hello Runoob! 執行緒 ID, 21 main() : 建立執行緒, 3 Hello Runoob! 執行緒 ID, 2 main() : 建立執行緒, 4 Hello Runoob! 執行緒 ID, 3 Hello Runoob! 執行緒 ID, 4
這個例項演示瞭如何透過結構傳遞多個引數。您可以線上程回撥中傳遞任意的資料型別，因為它指向 void，如下面的例項所示：
#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 = (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);
}
當上面的程式碼被編譯和執行時，它會產生下列結果：
$ g++ -Wno-write-strings test.cpp -lpthread -o test.o $ ./test.o main() : creating thread, 0 main() : creating thread, 1 Thread ID : 0 Message : This is message main() : creating thread, Thread ID : 21 Message : This is message main() : creating thread, 3 Thread ID : 2 Message : This is message main() : creating thread, 4 Thread ID : 3 Message : This is message Thread ID : 4 Message : This is message
我們可以使用以下兩個函式來連線或分離執行緒：
pthread_join (threadid, status) pthread_detach (threadid)
pthread_join() 子程式阻礙呼叫程式，直到指定的 threadid 執行緒終止為止。當建立一個執行緒時，它的某個屬性會定義它是否是可連線的（joinable）或可分離的（detached）。只有建立時定義為可連線的執行緒才可以被連線。如果執行緒建立時被定義為可分離的，則它永遠也不能被連線。
這個例項演示瞭如何使用 pthread_join() 函式來等待執行緒的完成。
#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;
// 初始化並設定執行緒為可連線的（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，並等待其他執行緒
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);
}
當上面的程式碼被編譯和執行時，它會產生下列結果：
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++ 11 之後新增了新的標準執行緒庫 std::thread，std::thread 在 <thread> 標頭檔案中宣告，因此使用 std::thread 時需要包含 在 <thread> 標頭檔案。
之前一些編譯器使用 C++ 11 的編譯引數是 -std=c++11:
g++ -std=c++11 test.cpp
std::thread 預設建構函式，建立一個空的 std::thread 執行物件。
#include<thread> std::thread thread_object(callable)
一個可呼叫物件可以是以下三個中的任何一個：
- 函式指標
- 函式物件
- lambda 表示式
定義 callable 後，將其傳遞給 std::thread 建構函式 thread_object。
// 演示多執行緒的CPP程式
// 使用三個不同的可呼叫物件
#include <iostream>
#include <thread>
using namespace std;
// 一個虛擬函式
void foo(int Z)
{
for (int i = 0; i < Z; i++) {
cout << "執行緒使用函式指標作為可呼叫引數\n";
}
}
// 可呼叫物件
class thread_obj {
public:
void operator()(int x)
{
for (int i = 0; i < x; i++)
cout << "執行緒使用函式物件作為可呼叫引數\n";
}
};
int main()
{
cout << "執行緒 1 、2 、3 "
"獨立執行" << endl;
// 函式指標
thread th1(foo, 3);
// 函式物件
thread th2(thread_obj(), 3);
// 定義 Lambda 表示式
auto f = [](int x) {
for (int i = 0; i < x; i++)
cout << "執行緒使用 lambda 表示式作為可呼叫引數\n";
};
// 執行緒透過使用 lambda 表示式作為可呼叫的引數
thread th3(f, 3);
// 等待執行緒完成
// 等待執行緒 t1 完成
th1.join();
// 等待執行緒 t2 完成
th2.join();
// 等待執行緒 t3 完成
th3.join();
return 0;
}
使用 C++ 11 的編譯引數 -std=c++11:
g++ -std=c++11 test.cpp
當上面的程式碼被編譯和執行時，它會產生下列結果：
執行緒 1 、2 、3 獨立執行 執行緒使用函式指標作為可呼叫引數 執行緒使用函式指標作為可呼叫引數 執行緒使用函式指標作為可呼叫引數 執行緒使用函式物件作為可呼叫引數 執行緒使用函式物件作為可呼叫引數 執行緒使用函式物件作為可呼叫引數 執行緒使用 lambda 表示式作為可呼叫引數 執行緒使用 lambda 表示式作為可呼叫引數 執行緒使用 lambda 表示式作為可呼叫引數
更多例項參考：
C++ 多執行緒:
C++ std::thread :
來自 “ ITPUB部落格 ” ，連結：http://blog.itpub.net/70026554/viewspace-2945285/，如需轉載，請註明出處，否則將追究法律責任。
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