C++ 多線程
C++ 多線程
多線程是多任務處理的一種特殊形式，多任務處理允許讓電腦同時運行兩個或兩個以上的程序。一般情況下，兩種類型的多任務處理：基於進程和基於線程。
- 基於進程的多任務處理是程序的併發執行。
- 基於線程的多任務處理是同一程序的片段的併發執行。
多線程程序包含可以同時運行的兩個或多個部分。這樣的程序中的每個部分稱為一個線程，每個線程定義了一個單獨的執行路徑。
本教程假設您使用的是 Linux 操作系統，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 系統上可用，比如 FreeBSD、NetBSD、GNU/Linux、Mac OS X 和 Solaris。
創建線程
下面的程序，我們可以用它來創建一個 POSIX 線程：
#include <pthread.h> pthread_create (thread, attr, start_routine, arg)
在這里，pthread_create 創建一個新的線程，併讓它可執行。下面是關於參數的說明：
| 參數 | 描述 |
|---|---|
| thread | 指向線程標識符指針。 |
| attr | 一個不透明的屬性對象，可以被用來設置線程屬性。您可以指定線程屬性對象，也可以使用默認值 NULL。 |
| start_routine | 線程運行函數起始地址，一旦線程被創建就會執行。 |
| arg | 運行函數的參數。它必須通過把引用作為指針強製轉換為 void 類型進行傳遞。如果沒有傳遞參數，則使用 NULL。 |
創建線程成功時，函數返回 0，若返回值不為 0 則說明創建線程失敗。
終止線程
使用下面的程序，我們可以用它來終止一個 POSIX 線程：
#include <pthread.h> pthread_exit (status)
在這里，pthread_exit 用於顯式地退出一個線程。通常情況下，pthread_exit() 函數是在線程完成工作後無需繼續存在時被調用。
如果 main() 是在它所創建的線程之前結束，併通過 pthread_exit() 退出，那么其他線程將繼續執行。否則，它們將在 main() 結束時自動被終止。
實例
以下簡單的實例代碼使用 pthread_create() 函數創建了 5 個線程，每個線程輸出"Hello Runoob！":
實例
#include <iostream>
// 必須的頭文件
#include <pthread.h>
using namespace std;
#define NUM_THREADS 5
// 線程的運行函數
void* say_hello(void* args)
{
cout << "Hello Runoob！" << endl;
return 0;
}
int main()
{
// 定義線程的 id 變量，多個變量使用數組
pthread_t tids[NUM_THREADS];
for(int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i)
{
//參數依次是：創建的線程id，線程參數，調用的函數，傳入的函數參數
int ret = pthread_create(&tids[i], NULL, say_hello, NULL);
if (ret != 0)
{
cout << "pthread_create error: error_code=" << ret << endl;
}
}
//等各個線程退出後，進程才結束，否則進程強製結束了，線程可能還沒反應過來；
pthread_exit(NULL);
}
使用 -lpthread 庫編譯下面的程序：
$ g++ test.cpp -lpthread -o test.o
現在，執行程序，將產生下列結果：
$ ./test.o Hello Runoob！ Hello Runoob！ Hello Runoob！ Hello Runoob！ Hello Runoob！
以下簡單的實例代碼使用 pthread_create() 函數創建了 5 個線程，併接收傳入的參數。每個線程打印一個 "Hello Runoob!" 消息，併輸出接收的參數，然後調用 pthread_exit() 終止線程。
實例
//文件名：test.cpp
#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <pthread.h>
using namespace std;
#define NUM_THREADS 5
void *PrintHello(void *threadid)
{
// 對傳入的參數進行強製類型轉換，由無類型指針變為整形數指針，然後再讀取
int tid = *((int*)threadid);
cout << "Hello Runoob! 線程 ID, " << tid << endl;
pthread_exit(NULL);
}
int main ()
{
pthread_t threads[NUM_THREADS];
int indexes[NUM_THREADS];// 用數組來保存i的值
int rc;
int i;
for( i=0; i < NUM_THREADS; i++ ){
cout << "main() : 創建線程, " << i << endl;
indexes[i] = i; //先保存i的值
// 傳入的時候必須強製轉換為void* 類型，即無類型指針
rc = pthread_create(&threads[i], NULL,
PrintHello, (void *)&(indexes[i]));
if (rc){
cout << "Error:無法創建線程," << rc << endl;
exit(-1);
}
}
pthread_exit(NULL);
}
現在編譯併執行程序，將產生下列結果：
$ g++ test.cpp -lpthread -o test.o $ ./test.o main() : 創建線程, 0 main() : 創建線程, 1 Hello Runoob! 線程 ID, 0 main() : 創建線程, Hello Runoob! 線程 ID, 21 main() : 創建線程, 3 Hello Runoob! 線程 ID, 2 main() : 創建線程, 4 Hello Runoob! 線程 ID, 3 Hello Runoob! 線程 ID, 4
向線程傳遞參數
這個實例演示了如何通過結構傳遞多個參數。您可以在線程回調中傳遞任意的數據類型，因為它指向 void，如下面的實例所示：
實例
#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);
}
當上面的代碼被編譯和執行時，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
連接和分離線程
我們可以使用以下兩個函數來連接或分離線程：
pthread_join (threadid, status) pthread_detach (threadid)
pthread_join() 子程序阻礙調用程序，直到指定的 threadid 線程終止為止。當創建一個線程時，它的某個屬性會定義它是否是可連接的（joinable）或可分離的（detached）。只有創建時定義為可連接的線程才可以被連接。如果線程創建時被定義為可分離的，則它永遠也不能被連接。
這個實例演示了如何使用 pthread_join() 函數來等待線程的完成。
實例
#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;
// 初始化併設置線程為可連接的（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，併等待其他線程
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);
}
當上面的代碼被編譯和執行時，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.
更多實例參考：http:?classid=2266&gid=1305&pg=sharelist&id=index-cpp-multithread-demo