[C++]std::thread用法

这篇文章介绍了[C++]std::thread用法，分享给大家做个参考，收藏Java资料网收获更多编程知识

1. 基础

1.1 线程与进程

提到线程，不可避免的关联到进程，进程与线程有何区别和关联？

• 进程是资源分配的最小单位，线程是操作系统调度执行的最小单位。
  • 每个进程对应一个虚拟地址空间，一个进程只能抢一个CPU时间片。
• 进程有自己独立的地址空间，多个线程共用同一个地址空间。
  • 在一个地址空间中多个线程独享：各种的栈区、寄存器
  • 在一个地址空间中多个线程共享：代码段、堆区、全局数据段（主要用于存储全局变量、静态变量）
• CPU调度和切换：线程调度比进程快
  • 涉及上下文切换：进程/线程复用CPU时间片，切换之前会将上一个任务的状态保存，下次再切回这个任务时，基于这个状态继续进行，任务从保存到再次加载的过程就是一次上下文切换
  • 运行多个进程的固定 开销：需要时间启动进程、操作系统需要内部资源来管理进程等

1.2 std::thread

std::thread是C++11新增的特性，位于<thread>头文件中。

线程创建时可以指定入口函数，该函数执行完成后，线程也就结束了。、

启动线程时，需要明确是要等待线程结束（join），还是让其自主运行（detach）。

如果是让其自主运行，需要保证线程结束之前，可访问数据的有效性。如果线程还未进行，启动线程的函数已经退出，此时线程函数还持有函数局部指针或引用，此时继续访问该数据会发生未定义行为。

使用能访问局部变量的函数作为std::thread启动函数，这是一个糟糕的设计。

std::thread不可以拷贝构造和拷贝赋值，但是支持移动构造和移动赋值。

• 不可复制性保证了同一时间，一个std::thread实例只能关联一个执行线程。
• 可移动性使开发者可以控制哪个线程实例拥有线程执行权。

std::thread常用函数有：

函数名称	作用
joinable	成员函数，检查线程对象是否可被join
get_id	成员函数，获取线程id
native_handle	成员函数，获取线程句柄
hardware_concurrency	静态成员函数，获取硬件支持的并发线程数量
join	成员函数，等待线程执行结束，将阻塞启动该线程的主调函数的执行
detach	成员函数，分离线程实例与目标线程的关联，不阻塞主调函数的执行
swap	成员函数，交换两个线程实例

helloworld如下：

// 引入标准库thread头文件
#include <thread>  

// 线程回调函数
void helloWorld() 
{
     // 获取当前线程id
    std::thread::id threadID = std::this_thread::get_id();
    printf("Hello current thread.\n");
}

int main() 
{
    std::thread t(helloWorld);
    t.join();

    system("pause");
    return 0;
}

2. 线程管理

2.1 线程启动

启动线程的两类方法如下：

• 使用lambda表达式
• 使用仿函数Functor（重载了小括号操作符的类的对象）
  • 使用新统一的初始化语法{}
  • 使用多组括号（不能使用常规临时变量声明方法）

class background_task
{
public:
    // 重载operator() 操作符，无入参
    // 调用时机：对象后边使用一对圆括号时，编译器自动调用
    // 重载operator()时，返回值和入参类型可以是任何类型
    void operator()() const
    {
        printf("background_task operator()()\n");
    }
};

int main() 
{
    {
        printf("method1:");
        std::thread t([]() {
            printf("lamda func\n");
        });
        t.join();
    }

    {
        printf("method2:");
        std::thread t(background_task{});
        t.join();
    }

    {
        printf("method3:");
        std::thread t((background_task()));
        t.join();
    }
    system("pause");

    return 0;
}

注意：使用functor时，不能使用常规临时变量声明方法（类型()），这将被编译器认为声明函数指针，出现编译错误。

std::thread t(background_task());// Error

// std::thread t((background_task())); // OK
t.join();

编译错误

std::thread t(background_task());代码将被编译器解析为声明了一个名为t的函数指针，其签名为 带有一个入参，返回值类型为std::thread的函数，而不是启动了一个线程。其入参也是一个函数指针，签名为无参返回值类型为background_task。

2.2 等待线程执行结束-join

join函数的作用是等待线程函数执行结束后再继续执行主调函数的逻辑，与joinable函数搭配使用。

joinable函数的作用是判断线程能否被join。

join函数只能选择等待或不等待线程函数执行结束，如果需要灵活控制线程逻辑（check线程是否结束、增加运行时间控制等），可能需要用到条件变量或futures。

一个线程只能执行一次join函数，为了保证join函数的正常执行，应该是用RAII方式，具体实现如下：

class ThreadGuard
{
public:
    ThreadGuard(std::thread& t)
        :mThread(t) { }

    ~ThreadGuard()
    {
        printf("~ThreadGuard() begin  \n");
        // 判断线程是否可加入
        if (mThread.joinable())
        {
            // 等待子线程函数执行结束，完成后继续执行ThreadGuard的析构
            mThread.join();
        }
        printf("~ThreadGuard() end \n");
    }

    // 禁止拷贝，否则会丢失子线程
    ThreadGuard(const ThreadGuard& rhs) = delete;
    ThreadGuard& operator=(const ThreadGuard& rhs) = delete;
private:
    std::thread& mThread;
};


int main() {
    // 局部对象逆序销毁，先销毁gurad,再销毁t
    // 即便t的回调函数引用的外部的局部变量，也能保证在
    int stateCount = 0;
    std::thread t([&stateCount]() {
        stateCount++;
        printf("stateCount:%d\n", stateCount);
    });

    ThreadGuard guard(t);
    printf("ThreadGuard t=========\n");

    system("pause");
    return 0;
}

2.3 后台运行线程-detach

detach函数的作用是分离线程函数。启动线程后，不等待线程函数执行完成，继续执行主调函数的逻辑。

使用detach方法将子线程与启动该线程的主调线程分离后，该线程将在后台运行，且无法被加入。

C++运行库保证，当子线程结束时，相关资源能被正常回收。

与join方法使用类似，必须先判断其joinable是否为true，若判断结果为true，才运行调用detach分离线程。

void doSomethingBack() {

}
std::thread t(doSomethingBack);
t.detach();

2.4 向线程传递参数

• 要点一：线程函数为非常量引用时，注意使用std::ref传递变量引用，否则将传递变量拷贝的引用（变量将执行拷贝构造）。

class ThreadData
{
public:
    ThreadData()
    {
        printf("ThreadData::ThreadData()\n");
    }
    ~ThreadData()
    {
        printf("ThreadData::~ThreadData\n");
    }

    ThreadData(const ThreadData& rhs)
    {
        printf("ThreadData::ThreadData(const ThreadData& data)\n");
    }

    ThreadData(const ThreadData&& rhs)noexcept
    {
        printf("ThreadData::ThreadData(const ThreadData&& data)\n");
    }

    ThreadData& operator=(const ThreadData& rhs)
    {
        printf("ThreadData::operator=(const ThreadData& rhs)\n");
        return *this;
    }

    ThreadData& operator=(const ThreadData&& rhs)noexcept
    {
        printf("ThreadData::operator=(const ThreadData&& rhs)\n");
        return *this;
    }

public:
    int num = 0;
};

// 非常量引用
void doSomething(int i, ThreadData& data)
{
    data.num += 1;
    printf("doSomething i:%d  data.num:%d\n", i, data.num);
}

int main() {
    if (true)
    {
        ThreadData data;

        printf("start thread...\n");
        
        // 传递给线程函数的是data的拷贝引用，而非data引用
        // 此处data将被拷贝到线程函数(虽然函数形参类型是引用，但仍拷贝构造了一个临时变量)
        std::thread t(doSomething, 3, data);//1

        // data.num为0
        printf("join thread..., data.num:%d\n", data.num);
        t.join();

        // data.num为0
        printf("pause...   data.num:%d\n", data.num);
    }
    printf("======================\n");

    if (true)
    {
        ThreadData data;

        printf("start thread...\n");
        // 传递给线程函数的是data引用，而非data拷贝的引用
        std::thread t(doSomething, 5, std::ref(data));//2

        // data.num为0
        printf("join thread..., data.num:%d\n", data.num);
        t.join();

        // data.num为1
        printf("pause...   data.num:%d\n", data.num);
    }
    
    system("pause");

    return 0;
}

• 要点二：将参数所有权转移给线程函数。
  • 当实参是临时变量时，自动进行移动拷贝。
  • 当实参是命名变量时，默认是拷贝构造，需要通过std::move进行移动拷贝。

{
    // 临时对象默认调用移动构造产生临时变量
   std::thread t1(doSomething, 23, ThreadData{});
   t1.join();
}

{
    ThreadData data;
    // 命令变量默认通过拷贝构造产生临时变量，可以通过std::move函数改为移动构造
    std::thread t(doSomething, 89, std::move(data));
    t.join();
    printf("pause...   data.num:%d\n", data.num);
}

文章来源:https://blog.csdn.net/FL1768317420/article/details/136224449
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