【C++入门到精通】C++ thread线程库 [ C++入门 ]

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  • 引言
  • 一、thread类的简单介绍
  • 二、thread类的用法
    • [1. 创建线程](#1. 创建线程)
    • [2. 使用 Lambda 表达式](#2. 使用 Lambda 表达式)
    • [3. 传递参数给线程](#3. 传递参数给线程)
    • [4. 线程的 join 和 detach](#4. 线程的 join 和 detach)
    • [5. 检查线程是否可 join](#5. 检查线程是否可 join)
    • [6. 线程的 ID](#6. 线程的 ID)
    • [7. 线程的移动语义](#7. 线程的移动语义)
    • [8. 线程的析构](#8. 线程的析构)
    • [🚨 注意事项](#🚨 注意事项)
  • 三、线程函数参数
  • 温馨提示

引言

C++ thread线程库是C++11标准引入的一个强大工具,它提供了一种便捷的方式来创建和管理线程,使得并行编程变得更加容易和高效。这个库支持线程的创建、同步、互斥以及线程局部存储等功能。通过使用std::thread类,开发者可以轻松地创建新的线程来执行任务,并使用join()方法来等待线程完成。此外,线程库还包括了std::mutexstd::lock_guard等同步原语,以帮助管理线程间的资源访问,防止数据竞争和死锁。线程局部存储std::thread::idthread_local关键字则允许线程拥有自己的局部数据,这在多线程环境中非常有用。总的来说,C++ thread线程库为C++开发者提供了一个功能全面、易于使用的多线程编程解决方案。让我们一起开始这段关于thread线程库的学习之旅吧。

一、thread类的简单介绍

std::thread 类是C++11标准库中的一个核心组件,用于创建和管理独立的线程。它允许开发者通过传递一个函数或可调用对象来初始化线程,执行并行任务。线程对象的生命周期控制着线程的执行,而通过join()detach()方法,可以控制线程的同步和分离。此外,std::thread还提供了线程ID和状态检查功能,帮助开发者进行线程管理和异常处理,确保程序的稳定性和效率。

🚨注意 :要使用线程库中的线程,必须包含<thread>头文件线程类官方介绍文档

下面这个表格包含了 std::thread 类的构造函数、赋值运算符、比较运算符以及一些用于线程管理的成员函数。这些函数提供了创建、管理、比较和销毁线程的能力.

函数名 功能描述
id get_id() 返回线程的唯一标识符。
bool joinable() 检查线程是否可 join,即是否还在运行。
void join() 等待线程结束执行。
void detach() 将线程与 std::thread 对象分离,使其在后台独立运行。
void swap(std::thread& other) 与另一个 std::thread 对象交换线程。
thread::native_handle_type native_handle() 返回线程的原生句柄,用于操作系统特定的线程操作。
bool operator==(const thread& other) const 比较两个线程是否相同。
bool operator!=(const thread& other) const 比较两个线程是否不同。
thread() noexcept 默认构造函数,创建一个未关联线程的 std::thread 对象。
thread(nullptr_t) noexcept 构造一个未关联线程的 std::thread 对象。
explicit thread(Callable&& func, Args&&... args) 构造函数,创建一个线程并启动它来执行给定的可调用对象和参数。
thread(thread&& other) noexcept 移动构造函数,获取另一个 std::thread 对象的所有权。
thread& operator=(thread&& other) noexcept 移动赋值运算符,获取另一个 std::thread 对象的所有权。
~thread() 析构函数,如果线程可 join,则会调用 join(),否则调用 detach()

二、thread类的用法

std::thread 类是 C++ 标准库中用于线程创建和管理的类。以下是 std::thread 类的一些关键用法和示例:

1. 创建线程

要创建一个线程,你需要实例化 std::thread 对象并传递一个函数或可调用对象(如 lambda 表达式或函数对象)作为参数。

cpp 复制代码
#include <iostream>
#include <thread>

void threadFunction() {
    std::cout << "Hello from thread!" << std::endl;
}

int main() {
    std::thread t(threadFunction);
    t.join(); // 等待线程结束
    return 0;
}

2. 使用 Lambda 表达式

Lambda 表达式提供了一种简洁的方式来定义匿名函数对象,非常适合用于线程。

cpp 复制代码
#include <iostream>
#include <thread>

int main() {
    std::thread t([]() {
        std::cout << "Hello from lambda thread!" << std::endl;
    });
    t.join();
    return 0;
}

3. 传递参数给线程

你可以将参数传递给线程函数。

cpp 复制代码
void threadFunctionWithArgs(int x, double y) {
    std::cout << "x: " << x << ", y: " << y << std::endl;
}

int main() {
    std::thread t(threadFunctionWithArgs, 10, 3.14);
    t.join();
    return 0;
}

4. 线程的 join 和 detach

  • join(): 调用此方法会阻塞,直到线程结束执行。
  • detach(): 调用此方法会使线程在后台继续运行,而不受 std::thread 对象的生命周期限制。
cpp 复制代码
int main() {
    std::thread t([]() {
        // 线程执行的代码
    });
    t.detach(); // 线程现在在后台运行,不会等待它结束
    // 主线程继续执行,而 t 线程在后台运行
    return 0;
}

5. 检查线程是否可 join

在调用 join()detach() 之前,可以使用 joinable() 检查线程是否还在运行。

cpp 复制代码
int main() {
    std::thread t([]() {
        // 线程执行的代码
    });
    if (t.joinable()) {
        t.join(); // 线程还在运行,等待结束
    }
    return 0;
}

6. 线程的 ID

每个线程都有一个唯一的 ID,可以使用 get_id() 获取。

cpp 复制代码
int main() {
    std::thread t([]() {
        std::cout << "Thread ID: " << std::this_thread::get_id() << std::endl;
    });
    t.get_id(); // 获取线程 ID
    t.join();
    return 0;
}

7. 线程的移动语义

std::thread 对象可以被移动,但不能被复制。这意味着你可以通过移动语义来转移线程的所有权。

cpp 复制代码
int main() {
    std::thread t1([]() {
        std::cout << "Thread 1 running" << std::endl;
    });
    std::thread t2 = std::move(t1); // t1 的所有权转移给 t2
    t2.join(); // 等待线程结束
    return 0;
}

8. 线程的析构

std::thread 对象被销毁时,如果线程是可 join 的,那么 join() 会被自动调用。如果线程已经被分离,则不会有任何操作。

cpp 复制代码
{
    std::thread t([]() {
        // 线程执行的代码
    });
    // t 在这里离开作用域,自动调用 join()
} // t 的析构函数被调用

🚨 注意事项

  • 确保在 std::thread 对象生命周期结束前,线程已经被正确处理(join 或 detach)。
  • 避免在线程函数中调用 std::exit() 或者抛出未捕获的异常,因为这可能会导致程序的不稳定。
  • 使用互斥锁和条件变量来同步线程,避免数据竞争和死锁。

std::thread 提供了强大的工具来实现多线程编程,但也需要谨慎使用以确保程序的正确性和稳定性

三、线程函数参数

线程函数的参数是以值拷贝的方式拷贝到线程栈空间中的 ,因此:即使线程参数为引用类型,在线程中修改后也不能修改外部实参,因为其实际引用的是线程栈中的拷贝,而不是外部实参

cpp 复制代码
#include <thread>

void ThreadFunc1(int& x) {
    x += 10; 
}

void ThreadFunc2(int* x) {
    *x += 10; 
}

int main() {
    int a = 10;
	 // 在线程函数中对a修改,不会影响外部实参,因为:线程函数参数虽然是引用方式,但其实际引用的是线程栈中的拷贝    
    std::thread t1(ThreadFunc1, a);
    t1.join(); 
    
    // 如果想要通过形参改变外部实参时,必须借助std::ref()函数
    std::thread t2(ThreadFunc1, std::ref(a));
    t2.join(); // 等待线程执行完成
    
    // 地址的拷贝
    std::thread t3(ThreadFunc2, &a);
    t3.join(); // 等待线程执行完成   
    return 0;
}

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