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) 

在這裡,pthread_create 創建一個新的線程,並讓它可執行。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制轉換為 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) 

在這裡,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,並通過 pthread_exit() 退出,那麼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,否則進程強制結束了,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.oHello 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,並接收傳入的參數。每個線程打印一個 "Hello Runoob!" 消息,並輸出接收的參數,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制類型轉換,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

// 傳入的時候必須強制轉換為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);

}

現在編譯並執行程序,將產生下列結果:

$ g++ test.cpp -lpthread -o test.o
$ ./test.o
main() : 創建線程, 0main() : 創建線程, 1Hello Runoob! 線程 ID, 0main() : 創建線程, Hello Runoob! 線程 ID, 21main() : 創建線程, 3Hello Runoob! 線程 ID, 2main() : 創建線程, 4Hello Runoob! 線程 ID, 3Hello Runoob! 線程 ID, 4

向線程傳遞參數

這個實例演示瞭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, 0main() : creating thread, 1Thread ID : 0 Message : This is message
main() : creating thread, Thread ID : 21
Message : This is message
main() : creating thread, 3Thread ID : 2 Message : This is message
main() : creating thread, 4Thread ID : 3 Message : This is messageThread 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。

這個實例演示瞭如何使用 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;

// 初始化並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,並等待其他線程

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, 0main() : creating thread, 1main() : creating thread, 2main() : creating thread, 3main() : creating thread, 4Sleeping 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 :0Main: completed thread id :1 exiting with status :0Main: completed thread id :2 exiting with status :0Main: completed thread id :3 exiting with status :0Main: completed thread id :4 exiting with status :0Main: program exiting.

更多實例參考:http://www.runoob.com/w3cnote/cpp-multithread-demo.html

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