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式。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式的並發執行。

基於線程的多任務處理是同一程式的片段的並發執行。

多線程程式包含可以同時啟動並執行兩個或多個部分。這樣的程式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式的任何內建支援。相反，它完全依賴於作業系統來提供此功能。

本教程假設您使用的是 Linux 作業系統，我們要使用 POSIX 編寫多線程 C++ 程式。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。

建立線程

下面的程式，我們可以用它來建立一個 POSIX 線程：

#include <pthread.h>pthread_create (thread, attr, start_routine, arg)

在這裡，pthread_create 建立一個新的線程，並讓它可執行。下面是關於參數的說明：

參數	描述
thread	指向線程標識符指標。
attr	一個不透明的屬性對象，可以被用來設定線程屬性。您可以指定線程屬性對象，也可以使用預設值 NULL。
start_routine	線程運行函數起始地址，一旦線程被建立就會執行。
arg	運行函數的參數。它必須通過把引用作為指標強制轉換為 void 類型進行傳遞。如果沒有傳遞參數，則使用 NULL。

建立線程成功時，函數返回 0，若傳回值不為 0 則說明建立線程失敗。

終止線程

使用下面的程式，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() 函數是線上程完成工作後無需繼續存在時被調用。

如果 main() 是在它所建立的線程之前結束，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。

執行個體

以下簡單的執行個體代碼使用 pthread_create() 函數建立了 5 個線程，每個線程輸出"Hello Runoob！":

#include <iostream>// 必須的標頭檔是#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;}int main(){    // 定義線程的 id 變數，多個變數使用數組    pthread_t tids[NUM_THREADS];    for(int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i)    {        //參數依次是：建立的線程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 庫編譯下面的程式：

$ g++ test.cpp -lpthread -o test.o

現在，執行程式，將產生下列結果：

$ ./test.oHello Runoob！Hello Runoob！Hello Runoob！Hello Runoob！Hello Runoob！

以下簡單的執行個體代碼使用 pthread_create() 函數建立了 5 個線程，並接收傳入的參數。每個線程列印一個 "Hello Runoob!" 訊息，並輸出接收的參數，然後調用 pthread_exit() 終止線程。

//檔案名稱：test.cpp#include <iostream>#include <cstdlib>#include <pthread.h>using namespace std;#define NUM_THREADS     5void *PrintHello(void *threadid){     // 對傳入的參數進行強制類型轉換，由無類型指標變為整形數指標，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];// 用數組來儲存i的值   int rc;   int i;   for( i=0; i < NUM_THREADS; i++ ){            cout << "main() : 建立線程, " << i << endl;      indexes[i] = i; //先儲存i的值      // 傳入的時候必須強制轉換為void* 類型，即無類型指標              rc = pthread_create(&threads[i], NULL,                           PrintHello, (void *)&(indexes[i]));      if (rc){         cout << "Error:無法建立線程," << rc << endl;         exit(-1);      }   }   pthread_exit(NULL);}

現在編譯並執行程式，將產生下列結果：

$ g++ test.cpp -lpthread -o test.o$ ./test.o

main() : 建立線程, 0main() : 建立線程, 1main() : 建立線程, 2main() : 建立線程, 3main() : 建立線程, 4Hello Runoob! 線程 ID, 4Hello Runoob! 線程 ID, 3Hello Runoob! 線程 ID, 2Hello Runoob! 線程 ID, 1Hello Runoob! 線程 ID, 0

向線程傳遞參數

這個執行個體示範了如何通過結構傳遞多個參數。您可以線上程回調中傳遞任意的資料類型，因為它指向 void，如下面的執行個體所示：

#include <iostream>#include <cstdlib>#include <pthread.h>using namespace std;#define NUM_THREADS     5struct 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：

$ g++ -Wno-write-strings test.cpp -lpthread -o test.o$ ./test.omain() : creating thread, 0main() : creating thread, 1main() : creating thread, 2main() : creating thread, 3main() : creating thread, 4Thread ID : 3 Message : This is messageThread ID : 2 Message : This is messageThread ID : 0 Message : This is messageThread ID : 1 Message : This is messageThread

ID : 4 Message : This is message

串連和分離線程

我們可以使用以下兩個函數來串連或分離線程：

pthread_join (threadid, status) pthread_detach (threadid)

pthread_join() 子程式阻礙調用程式，直到指定的 threadid 線程終止為止。當建立一個線程時，它的某個屬性會定義它是否是可串連的（joinable）或可分離的（detached）。只有建立時定義為可串連的線程才可以被串連。如果線程建立時被定義為可分離的，則它永遠也不能被串連。

這個執行個體示範了如何使用 pthread_join() 函數來等待線程的完成。

#include <iostream>#include <cstdlib>#include <pthread.h>#include <unistd.h>using namespace std;#define NUM_THREADS     5void *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;   // 初始化並設定線程為可串連的（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.

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