C++多线程

C++ 多线程

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:

        参数

描述

thread

一个不透明的、唯一的标识符,用来标识例程返回的新线程。

attr

一个不透明的属性对象,可以被用来设置线程属性。您可以指定线程属性对象,也可以使用默认值 NULL。

start_routine

C++ 例程,一旦线程被创建就会执行。

arg

一个可能传递给 start_routine 的参数。它必须通过把引用作为指针强制转换为 void 类型进行传递。如果没有传递参数,则使用 NULL。

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.