C++11多线程教学

转自：http://www.cnblogs.com/lidabo/p/3908705.html

本篇教学代码可在GitHub获得：https://github.com/sol-prog/threads。

在之前的教学中，我展示了一些最新进的C++11语言内容：

• 1. 正则表达式（http://solarianprogrammer.com/2011/10/12/cpp-11-regex-tutorial/）
• 2. raw string（http://solarianprogrammer.com/2011/10/16/cpp-11-raw-strings-literals-tutorial/）
• 3. lambda（http://solarianprogrammer.com/2011/11/01/cpp-11-lambda-tutorial/）

也许支持多线程是C++语言最大的变化之一。此前，C++只能利用操作系统的功能（Unix族系统使用pthreads库），或是例如OpenMP和MPI这些代码库，来实现多核计算的目标。

本教程意图让你在使用C++11线程上起个头，而不是只把语言标准在这里繁复地罗列出来。

创建和启动一条C++线程就像在C++源码中添加线程头文件那么简便。我们来看看如何创建一个简单的带线程的HelloWorld：

#include《iostream》

#include《thread》

//This function will be called from a thread

//该函数将在一条线程中得到调用

void call_from_thread() {

std::cout << "Hello, World" << std::endl;

}

int main() {

//Launch a thread

//启动一条线程

std::thread t1(call_from_thread);

//Join the thread with the main thread

//和主线程协同

t1.join();

return 0;

}

在Linux系统中，上列代码可采用g++编译：

g++ -std=c++0x -pthread file_name.cpp

在安装有Xcode4.x的麦金系统上，可用clang++编译上述代码：

clang++ -std=c++0x -stdlib=libc++ file_name.cpp

视窗系统上，可以利用付费代码库，just::thread，来编译多线程代码。但是很不走运，他们没有提供代码库的试用版，我做不了测试。

在真实世界的应用程序中，函数“call_from_thread”相对主函数而言，独立进行一些运算工作。在上述代码中，主函数创建一条线程，并在t1.join()处等待t1线程运行结束。如果你在编码中忘记考虑等待一条线程结束运行，主线程有可能抢先结束它自己的运行状态，整个程序在退出的时候，将杀死先前创建的线程，不管函数“call_from_thread”有没有执行完。

上面的代码比使用POSIX线程的等价代码，相对来说简洁一些。请看使用POSIX线程的等价代码：

//This function will be called from a thread

void *call_from_thread(void *) {

std::cout << "Launched by thread" << std::endl;

return NULL;

}

int main() {

pthread_t t;

//Launch a thread

pthread_create(&t, NULL, call_from_thread, NULL);

//Join the thread with the main thread

pthread_join(t, NULL);

return 0;

}

我们通常希望一次启动多个线程，来并行工作。为此，我们可以创建线程组，而不是在先前的举例中那样创建一条线程。下面的例子中，主函数创建十条为一组的线程，并且等待这些线程完成他们的任务（在github代码库中也包含这个例子的POSIX版本）：

...

static const int num_threads = 10;

...

int main() {

std::thread t[num_threads];

//Launch a group of threads 启动一组线程

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

t[i] = std::thread(call_from_thread);

}

std::cout << "Launched from the mainn";

//Join the threads with the main thread

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

t[i].join();

}

return 0;

}

记住，主函数也是一条线程，通常叫做主线程，所以上面的代码实际上有11条线程在运行。在启动这些线程组之后，线程组和主函数进行协同（join）之前，允许我们在主线程中做些其他的事情，在教程的结尾部分，我们将会用一个图像处理的例子来说明之。

在线程中使用带有形参的函数，是怎么一回事呢？C++11允许我们在线程的调用中，附带上所需的任意参数。为了举例说明，我们可以修改上面的代码，以接受一个整型参数（在github代码库中也包含这个例子的POSIX版本）：

static const int num_threads = 10;

//This function will be called from a thread

void call_from_thread(int tid) {

std::cout << "Launched by thread " << tid << std::endl;

}

int main() {

std::thread t[num_threads];

//Launch a group of threads

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

t[i] = std::thread(call_from_thread, i);

}

std::cout << "Launched from the mainn";

//Join the threads with the main thread

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

t[i].join();

}

return 0;

}

在我的系统上，上面代码的执行结果是：

Sol$ ./a.out

Launched by thread 0

Launched by thread 1

Launched by thread 2

Launched from the main

Launched by thread 3

Launched by thread 5

Launched by thread 6

Launched by thread 7

Launched by thread Launched by thread 4

8L

aunched by thread 9

Sol$

能看到上面的结果中，程序一旦创建一条线程，其运行存在先后秩序不确定的现象。程序员的任务就是要确保这组线程在访问公共数据时不要出现阻塞。最后几行，所显示的错乱输出，表明8号线程启动的时候，4号线程还没有完成在stdout上的写操作。事实上假定在你自己的机器上运行上面的代码，将会获得全然不同的结果，甚至是会输出些混乱的字符。原因在于，程序内的11条线程都在竞争性地使用stdout这个公共资源（案：Race Conditions）。

要避免上面的问题，可以在代码中使用拦截器（barriers），如std:mutex，以同步（synchronize）的方式来使得一群线程访问公共资源，或者，如果可行的话，为线程们预留下私用的数据结构，避免使用公共资源。我们在以后的教学中，还会讲到线程同步问题，包括使用原子操作类型（atomic types）和互斥体（mutex）。

从原理上讲，编写更加复杂的并行代码所需的概念，我们已经在上面的代码中都谈到了。

如果有兴趣学习新的C++11语法，我建议阅读《Professional C++》，或《C ++　Primer  Plus》。C++11多线程主题方面，建议阅读《C++ Concurrency in Action》，这是一本好书。