C++ 多線程 · W3School C++ 教程

# 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。在一般情況下，有兩種類型的多任務處理：基于進程和基于線程。基于進程的多任務處理處理的是程序的并發執行。基于線程的多任務處理的是同一程序的片段的并發執行。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。 C++ 不包含多線程應用程序的任何內置支持。相反，它完全依賴于操作系統來提供此功能。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。 ## 創建線程有下面的例程，我們可以用它來創建一個 POSIX 線程： ``` #include <iostream> using namespace std; int main () { cout << "Value of __LINE__ : " << __LINE__ << endl; cout << "Value of __FILE__ : " << __FILE__ << endl; cout << "Value of __DATE__ : " << __DATE__ << endl; cout << "Value of __TIME__ : " << __TIME__ << endl; return 0; } ``` 在這里，**pthread_create** 創建一個新的線程，并讓它可執行。這個例程可在代碼內的任何地方被調用任意次數。下面是關于參數的說明： | 參數 | 描述 | | --- | --- | | thread | 一個不透明的、唯一的標識符，用來標識例程返回的新線程。 | | 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 | C++ 例程，一旦線程被創建就會執行。 | | arg | 一個可能傳遞給 start_routine 的參數。它必須通過把引用作為指針強制轉換為 void 類型進行傳遞。如果沒有傳遞參數，則使用 NULL。 | 一個進程可以創建的最大線程數是依賴于實現的。線程一旦被創建，就是同等的，而且可以創建其他線程。線程之間沒有隱含層次或依賴。 ## 終止線程有下面的例程，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** 用于顯式地退出一個線程。通常情況下，pthread_exit() 例程是在線程完成工作后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，并通過 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。 ## 實例這個簡單的實例代碼使用 pthread_create() 例程創建了 5 個線程。每個線程打印一個 "Hello World!" 消息，然后調用 pthread_exit() 終止線程。 ``` #include <iostream> #include <cstdlib> #include <pthread.h> using namespace std; #define NUM_THREADS 5 void *PrintHello(void *threadid) { long tid; tid = (long)threadid; cout << "Hello World! Thread ID, " << tid << endl; pthread_exit(NULL); } int main () { pthread_t threads[NUM_THREADS]; int rc; int i; for( i=0; i < NUM_THREADS; i++ ){ cout << "main() : creating thread, " << i << endl; rc = pthread_create(&threads[i], NULL, PrintHello, (void *)i); if (rc){ cout << "Error:unable to create thread," << rc << endl; exit(-1); } } pthread_exit(NULL); } ``` 使用 -lpthread 庫編譯下面的程序： ``` $gcc test.cpp -lpthread ``` 現在，執行程序，將產生下列結果： ``` main() : creating thread, 0 main() : creating thread, 1 main() : creating thread, 2 main() : creating thread, 3 main() : creating thread, 4 Hello World! Thread ID, 0 Hello World! Thread ID, 1 Hello World! Thread ID, 2 Hello World! Thread ID, 3 Hello World! Thread 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： ``` #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); } ``` 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 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 ``` ## 連接和分離線程有以下兩個例程，我們可以用它們來連接或分離線程： ``` pthread_join (threadid, status) pthread_detach (threadid) ``` pthread_join() 子例程阻礙調用例程，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() 例程來等待線程的完成。 ``` #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，并等待其他線程 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 : 0 .... exiting Sleeping in thread Thread with id : 1 .... exiting Sleeping in thread Thread with id : 2 .... exiting Sleeping in thread Thread with id : 3 .... exiting Sleeping in thread Thread with id : 4 .... 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. ```