C++ 多线程 std::thread 使用总结

在C++ 11之前，官方并没有支持线程库。C++ 11通过标准库引入了对 thread 类的支持，大大方便了完成多线程开发的工作。

std::thread 构造函数 

(1)thread() noexcept;

(2)thread( thread&& other ) noexcept;

(3)template< class Function, class... Args >

explicit thread( Function&& f, Args&&... args );

(4)thread(const thread&) = delete;

(1) 构造新的 thread 对象，但由于没有传入函数，所以thread对象还没有关联到线程。

(2) 移动构造函数。构造表示曾为 other 所表示的执行线程的 thread 对象。此调用后 other 不再表示执行线程。

(3) 构造新的 std::thread 对象并将它与执行线程关联。新的执行线程开始执行。

(4) 复制构造函数被删除， thread 不可复制。

下面我们来看一段代码：

#include <iostream>

#include <utility>

#include <thread>

#include <chrono>

void f1(int n)

{

for (int i = 0; i < 5; ++i) {

std::cout << "Thread 1 executing\n";

++n;

std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));　　//毫秒级

　　 // std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));　　//秒级

}

}

void f2(int& n)

{

for (int i = 0; i < 5; ++i) {

std::cout << "Thread 2 executing\n";

++n;

std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));

}

}

class foo

{

public:

void bar()

{

for (int i = 0; i < 5; ++i) {

std::cout << "Thread 3 executing\n";

++n;

std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));

}

}

int n = 0;

};

class baz

{

public:

void operator()()

{

for (int i = 0; i < 5; ++i) {

std::cout << "Thread 4 executing\n";

++n;

std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));

}

}

int n = 0;

};

int main()

{

int n = 0;

foo f;

baz b;

std::thread t1; // t1 不是线程

std::thread t2(f1, n + 1); // 按值传递

std::thread t3(f2, std::ref(n)); // 按引用传递

std::thread t4(std::move(t3)); // t4 现在运行 f2() 。 t3 不再是线程

std::thread t5(&foo::bar, &f); // t5 在对象 f 上运行 foo::bar()

std::thread t6(std::ref(b)); // t6 在对象 b 上运行 baz::operator()

t2.join();

t4.join();

t5.join();

t6.join();

std::cout << "Final value of n is " << n << '\n';

std::cout << "Final value of foo::n is " << f.n << '\n';

std::cout << "Final value of baz::n is " << b.n << '\n';

}

注意：若需要传递引用参数给线程函数，则必须包装它 (例如用 std::ref 或 std::cref)。忽略来自函数的任何返回值。若函数抛异常，则调用 std::exception()。

观察器

joinable

bool joinable() const noexcept;

用于判断 thread 对象是否关联到某一线程，若 thread 对象与执行线程关联，则返回 true ，反之为 false 。

#include <iostream>

#include <thread>

#include <chrono>

void foo()

{

std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));

}

int main()

{

std::thread t;

std::cout << "before starting, joinable: " << std::boolalpha << t.joinable()

<< '\n';

t = std::thread(foo);

std::cout << "after starting, joinable: " << t.joinable()

<< '\n';

t.join();

std::cout << "after joining, joinable: " << t.joinable()

<< '\n';

}

输出信息：

before starting, joinable: false

after starting, joinable: true

after joining, joinable: false

操作

join

void join();

阻塞当前线程直至 *this 所标识的线程结束其执行。*this 所标识的线程的完成同步于对应的从 join() 成功返回。*this 自身上不进行同步。同时从多个线程在同一 thread 对象上调用 join() 构成数据竞争，导致未定义行为。

#include <iostream>

#include <thread>

#include <chrono>

void foo()

{

// 模拟昂贵操作

std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));

}

void bar()

{

// 模拟昂贵操作

std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));

}

int main()

{

std::cout << "starting first helper...\n";

std::thread helper1(foo);

std::cout << "starting second helper...\n";

std::thread helper2(bar);

std::cout << "waiting for helpers to finish..." << std::endl;

helper1.join();

helper2.join();

std::cout << "done!\n";

}

输出信息：

starting first helper...

starting second helper...

waiting for helpers to finish...

done!

get_id

std::thread::id get_id() const noexcept;

返回标识与 *this 关联的线程的 std::thread::id 。

#include <iostream>

#include <thread>

#include <chrono>

void foo()

{

std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));

}

int main()

{

std::thread t1(foo);

std::thread::id t1_id = t1.get_id();

std::thread t2(foo);

std::thread::id t2_id = t2.get_id();

std::cout << "t1's id: " << t1_id << '\n';

std::cout << "t2's id: " << t2_id << '\n';

t1.join();

t2.join();

}

t1's id: 0x35a7210f

t2's id: 0x35a311c4

detach

void detach();

从 thread 对象分离执行线程，允许执行独立地持续。一旦该线程退出，则释放任何分配的资源。调用 detach 后 *this 不再占有任何线程。

#include <iostream>

#include <chrono>

#include <thread>

void independentThread()

{

std::cout << "Starting concurrent thread.\n";

std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));

std::cout << "Exiting concurrent thread.\n";

}

void threadCaller()

{

std::cout << "Starting thread caller.\n";

std::thread t(independentThread);

t.detach();

std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));

std::cout << "Exiting thread caller.\n";

}

int main()

{

threadCaller();

std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(5));

}

输出信息：

Starting thread caller.

Starting concurrent thread.

Exiting thread caller.

Exiting concurrent thread.

swap

void swap( std::thread& other ) noexcept;

交换二个 thread 对象的底层柄。

#include <iostream>

#include <thread>

#include <chrono>

void foo()

{

std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));

}

void bar()

{

std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));

}

int main()

{

std::thread t1(foo);

std::thread t2(bar);

std::cout << "thread 1 id: " << t1.get_id() << '\n'

<< "thread 2 id: " << t2.get_id() << '\n';

std::swap(t1, t2);

std::cout << "after std::swap(t1, t2):" << '\n'

<< "thread 1 id: " << t1.get_id() << '\n'

<< "thread 2 id: " << t2.get_id() << '\n';

t1.swap(t2);

std::cout << "after t1.swap(t2):" << '\n'

<< "thread 1 id: " << t1.get_id() << '\n'

<< "thread 2 id: " << t2.get_id() << '\n';

t1.join();

t2.join();

}

输出信息：

thread 1 id: 140185268262656

thread 2 id: 140185259869952

after std::swap(t1, t2):

thread 1 id: 140185259869952

thread 2 id: 140185268262656

after t1.swap(t2):

thread 1 id: 140185268262656

thread 2 id: 140185259869952

总结：

(0x01) std::thread 类创建线程非常方便，构造 thread 对象时传入一个需要运行的函数及其参数。构造完成后，新的线程马上被创建，同时执行该对象。注意：若需要传递引用参数给线程函数，则必须包装它（例如用 std::ref 或 std::cref）。

(0x02) 使用 std::thread 默认的构造函数构造对象时，该对象是不关联任何线程的。可以在之后的使用过程中再关联到某一线程。可以通过使用 joinable() 接口，判断一个 thread 对象是否关联某个线程。

(0x03) 关联到线程的 thread 对象析构前，必须调用 join() 接口等待线程结束。或者 thread 对象调用 detach() 接口解除与线程的关联，否则会抛异常。

(0x04) thread 对象 detach() 后会独立执行直至结束，而对应的 thread 对象变成不关联任何线程的对象，joinable() 将返回 false。

(0x05) std::thread 没有拷贝构造函数和拷贝赋值操作符，因此不支持复制操作(但从构造函数的示例代码可以看出 std::thread 可以 move )。这也说明了没有两个 thread 对象可以表示同一执行线程。