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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。一般情况下，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是程序的并发执行。
• 基于线程的多任务处理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。

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

下面的程序，我们可以用它来创建一个 POSIX 线程：

1 #include <pthread.h>
2 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。下面是关于参数的说明：

创建线程成功时，函数返回 0，若返回值不为 0 则说明创建线程失败。

终止线程

使用下面的程序，我们可以用它来终止一个 POSIX 线程：

1 #include <pthread.h>
2 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() 函数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

以下简单的实例代码使用 pthread_create() 函数创建了 5 个线程，每个线程输出"Hello Runoob！":

 1 #include <iostream>
 2 // 必须的头文件
 3 #include <pthread.h>
 4  
 5 using namespace std;
 6  
 7 #define NUM_THREADS 5
 8  
 9 // 线程的运行函数
10 void* say_hello(void* args)
11 {
12     cout << "Hello Runoob！" << endl;
13     return 0;
14 }
15  
16 int main()
17 {
18     // 定义线程的 id 变量，多个变量使用数组
19     pthread_t tids[NUM_THREADS];
20     for(int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i)
21     {
22         //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
23         int ret = pthread_create(&tids[i], NULL, say_hello, NULL);
24         if (ret != 0)
25         {
26            cout << "pthread_create error: error_code=" << ret << endl;
27         }
28     }
29     //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；
30     pthread_exit(NULL);
31 }

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：

1 $ ./test.o
2 Hello Runoob！
3 Hello Runoob！
4 Hello Runoob！
5 Hello Runoob！
6 Hello Runoob！

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 Runoob!" 消息，并输出接收的参数，然后调用 pthread_exit() 终止线程。

实例

 1 //文件名：test.cpp
 2  
 3 #include <iostream>
 4 #include <cstdlib>
 5 #include <pthread.h>
 6  
 7 using namespace std;
 8  
 9 #define NUM_THREADS     5
10  
11 void *PrintHello(void *threadid)
12 {  
13    // 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
14    int tid = *((int*)threadid);
15    cout << "Hello Runoob! 线程 ID, " << tid << endl;
16    pthread_exit(NULL);
17 }
18  
19 int main ()
20 {
21    pthread_t threads[NUM_THREADS];
22    int indexes[NUM_THREADS];// 用数组来保存i的值
23    int rc;
24    int i;
25    for( i=0; i < NUM_THREADS; i++ ){      
26       cout << "main() : 创建线程, " << i << endl;
27       indexes[i] = i; //先保存i的值
28       // 传入的时候必须强制转换为void* 类型，即无类型指针        
29       rc = pthread_create(&threads[i], NULL, 
30                           PrintHello, (void *)&(indexes[i]));
31       if (rc){
32          cout << "Error:无法创建线程," << rc << endl;
33          exit(-1);
34       }
35    }
36    pthread_exit(NULL);
37 }

现在编译并执行程序，将产生下列结果：

 1 $ g++ test.cpp -lpthread -o test.o
 2 $ ./test.o
 3 main() : 创建线程, 0
 4 main() : 创建线程, 1
 5 Hello Runoob! 线程 ID, 0
 6 main() : 创建线程, Hello Runoob! 线程 ID, 21
 7  
 8 main() : 创建线程, 3
 9 Hello Runoob! 线程 ID, 2
10 main() : 创建线程, 4
11 Hello Runoob! 线程 ID, 3
12 Hello Runoob! 线程 ID, 4

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：

实例

 1 #include <iostream>
 2 #include <cstdlib>
 3 #include <pthread.h>
 4  
 5 using namespace std;
 6  
 7 #define NUM_THREADS     5
 8  
 9 struct thread_data{
10    int  thread_id;
11    char *message;
12 };
13  
14 void *PrintHello(void *threadarg)
15 {
16    struct thread_data *my_data;
17  
18    my_data = (struct thread_data *) threadarg;
19  
20    cout << "Thread ID : " << my_data->thread_id ;
21    cout << " Message : " << my_data->message << endl;
22  
23    pthread_exit(NULL);
24 }
25  
26 int main ()
27 {
28    pthread_t threads[NUM_THREADS];
29    struct thread_data td[NUM_THREADS];
30    int rc;
31    int i;
32  
33    for( i=0; i < NUM_THREADS; i++ ){
34       cout <<"main() : creating thread, " << i << endl;
35       td[i].thread_id = i;
36       td[i].message = (char*)"This is message";
37       rc = pthread_create(&threads[i], NULL,
38                           PrintHello, (void *)&td[i]);
39       if (rc){
40          cout << "Error:unable to create thread," << rc << endl;
41          exit(-1);
42       }
43    }
44    pthread_exit(NULL);
45 }

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

 1 $ g++ -Wno-write-strings test.cpp -lpthread -o test.o
 2 $ ./test.o
 3 main() : creating thread, 0
 4 main() : creating thread, 1
 5 Thread ID : 0 Message : This is message
 6 main() : creating thread, Thread ID : 21
 7  Message : This is message
 8 main() : creating thread, 3
 9 Thread ID : 2 Message : This is message
10 main() : creating thread, 4
11 Thread ID : 3 Message : This is message
12 Thread ID : 4 Message : This is message

连接和分离线程

我们可以使用以下两个函数来连接或分离线程：

1 pthread_join (threadid, status) 
2 pthread_detach (threadid) 

pthread_join() 子程序阻碍调用程序，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() 函数来等待线程的完成。

实例

 1 #include <iostream>
 2 #include <cstdlib>
 3 #include <pthread.h>
 4 #include <unistd.h>
 5  
 6 using namespace std;
 7  
 8 #define NUM_THREADS     5
 9  
10 void *wait(void *t)
11 {
12    int i;
13    long tid;
14  
15    tid = (long)t;
16  
17    sleep(1);
18    cout << "Sleeping in thread " << endl;
19    cout << "Thread with id : " << tid << "  ...exiting " << endl;
20    pthread_exit(NULL);
21 }
22  
23 int main ()
24 {
25    int rc;
26    int i;
27    pthread_t threads[NUM_THREADS];
28    pthread_attr_t attr;
29    void *status;
30  
31    // 初始化并设置线程为可连接的（joinable）
32    pthread_attr_init(&attr);
33    pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_JOINABLE);
34  
35    for( i=0; i < NUM_THREADS; i++ ){
36       cout << "main() : creating thread, " << i << endl;
37       rc = pthread_create(&threads[i], NULL, wait, (void *)&i );
38       if (rc){
39          cout << "Error:unable to create thread," << rc << endl;
40          exit(-1);
41       }
42    }
43  
44    // 删除属性，并等待其他线程
45    pthread_attr_destroy(&attr);
46    for( i=0; i < NUM_THREADS; i++ ){
47       rc = pthread_join(threads[i], &status);
48       if (rc){
49          cout << "Error:unable to join," << rc << endl;
50          exit(-1);
51       }
52       cout << "Main: completed thread id :" << i ;
53       cout << "  exiting with status :" << status << endl;
54    }
55  
56    cout << "Main: program exiting." << endl;
57    pthread_exit(NULL);
58 }

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

 1 main() : creating thread, 0
 2 main() : creating thread, 1
 3 main() : creating thread, 2
 4 main() : creating thread, 3
 5 main() : creating thread, 4
 6 Sleeping in thread 
 7 Thread with id : 4  ...exiting 
 8 Sleeping in thread 
 9 Thread with id : 3  ...exiting 
10 Sleeping in thread 
11 Thread with id : 2  ...exiting 
12 Sleeping in thread 
13 Thread with id : 1  ...exiting 
14 Sleeping in thread 
15 Thread with id : 0  ...exiting 
16 Main: completed thread id :0  exiting with status :0
17 Main: completed thread id :1  exiting with status :0
18 Main: completed thread id :2  exiting with status :0
19 Main: completed thread id :3  exiting with status :0
20 Main: completed thread id :4  exiting with status :0
21 Main: program exiting.

c++ 11 之后有了标准的线程库：

 1 #include <iostream>
 2  
 3 #include <thread>
 4  
 5 std::thread::id main_thread_id = std::this_thread::get_id();
 6  
 7 void hello()  
 8 {
 9     std::cout << "Hello Concurrent World\n";
10     if (main_thread_id == std::this_thread::get_id())
11         std::cout << "This is the main thread.\n";
12     else
13         std::cout << "This is not the main thread.\n";
14 }
15  
16 void pause_thread(int n) {
17     std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(n));
18     std::cout << "pause of " << n << " seconds ended\n";
19 }
20  
21 int main() {
22     std::thread t(hello);
23     std::cout << t.hardware_concurrency() << std::endl;//可以并发执行多少个(不准确)
24     std::cout << "native_handle " << t.native_handle() << std::endl;//可以并发执行多少个(不准确)
25     t.join();
26     std::thread a(hello);
27     a.detach();
28     std::thread threads[5];                         // 默认构造线程
29  
30     std::cout << "Spawning 5 threads...\n";
31     for (int i = 0; i < 5; ++i)
32         threads[i] = std::thread(pause_thread, i + 1);   // move-assign threads
33     std::cout << "Done spawning threads. Now waiting for them to join:\n";
34     for (auto &thread : threads)
35         thread.join();
36     std::cout << "All threads joined!\n";
37 }

之前一些编译器使用 C++11 的编译参数是 -std=c++11

g++ -std=c++11 test.cpp -lpthread

原文链接：http://www.runoob.com/cplusplus/cpp-multithreading.html