C++11新特性之线程std::thread

C++ std::thread的定义和功能

std::thread是C++11引入的标准库类，用于创建和管理线程。通过std::thread，程序可以并发执行多个任务，从而提高效率。

功能与作用：

创建线程：可以启动一个线程执行某个函数或任务。
管理线程：允许主线程与子线程进行交互，如等待线程结束（join()）或分离线程（detach()）。
提高性能：利用多核处理器的能力并行处理。

主要成员函数：

std::thread::join(): 阻塞调用线程，直到被管理线程完成。
std::thread::detach(): 分离线程，使其在后台运行。
std::thread::joinable(): 检查线程是否可被join()或detach()。

std::thread 参考代码一

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <thread>
#include <chrono>

// 模拟任务函数
void print_numbers(const std::string& thread_name, int start, int end) {
    for (int i = start; i <= end; ++i) {
        std::cout << thread_name << " prints: " << i << std::endl;
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100)); // 模拟延迟
    }
}

int main() {
    std::cout << "Main thread starts." << std::endl;

    // 创建两个线程
    std::thread thread1(print_numbers, "Thread 1", 1, 5);
    std::thread thread2(print_numbers, "Thread 2", 6, 10);

    // 检查线程是否joinable
    if (thread1.joinable() && thread2.joinable()) {
        std::cout << "Both threads are joinable." << std::endl;
    }

    // 主线程等待子线程结束
    thread1.join();
    thread2.join();

    std::cout << "All threads completed. Main thread exits." << std::endl;
    return 0;
}

std::thread 参考代码一输出结果

运行后程序会交替打印两个线程的输出：

cpp 复制代码

Main thread starts.
Both threads are joinable.
Thread 1 prints: 1
Thread 2 prints: 6
Thread 1 prints: 2
Thread 2 prints: 7
Thread 1 prints: 3
Thread 2 prints: 8
Thread 1 prints: 4
Thread 2 prints: 9
Thread 2Thread 1 prints:  prints: 105

All threads completed. Main thread exits.

备注：

Linux 系统通过 g++ thread.cpp -o thread -lpthread 进行编译

代码一分析

std::thread对象的创建：

cpp 复制代码

std::thread thread1(print_numbers, "Thread 1", 1, 5);

启动线程thread1，执行print_numbers函数，传递参数。

2. 等待线程结束：

cpp 复制代码

thread1.detach();

join()阻塞主线程，直到thread1完成。

3. 分离线程（可选）：

cpp 复制代码

thread1.detach();

线程独立运行，不再由主线程管理。

4. 线程同步：

使用std::cout时，为了避免多线程输出交错，可以加锁（未示范）。

std::thread 参考代码二

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <thread>

using namespace std;

int main() {
    auto func1 = []() {
        for (int i = 0; i < 10; ++i) {
            cout << i << " ";
        }
        cout << endl;
    };
    std::thread t1(func1);
    if (t1.joinable()) {
        t1.detach();
    }
    auto func2 = [](int k) {
        for (int i = 0; i < k; ++i) {
            cout << i << " ";
        }
        cout << endl;
    };
    std::thread t2(func2, 20);
    if (t2.joinable()) { // 检查线程可否被join
        t2.join();
    }
    return 0;
}

std::thread 参考代码二输出结果

cpp 复制代码

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

代码二分析

上述代码中，函数func1和func2运行在线程对象t1和t2中，从刚创建对象开始就会新建一个线程用于执行函数，调用join函数将会阻塞主线程，直到线程函数执行结束，线程函数的返回值将会被忽略。如果不希望线程被阻塞执行，可以调用线程对象的detach函数，表示将线程和线程对象分离。

如果没有调用join或者detach函数，假如线程函数执行时间较长，此时线程对象的生命周期结束调用析构函数清理资源，这时可能会发生错误，这里有两种解决办法，一个是调用join()，保证线程函数的生命周期和线程对象的生命周期相同，另一个是调用detach()，将线程和线程对象分离，这里需要注意，如果线程已经和对象分离，那就再也无法控制线程什么时候结束了，不能再通过join来等待线程执行完。

下面是对thread进行封装，避免没有调用join或者detach可导致程序出错的情况出现：

std::thread 参考代码三

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <thread>

class ThreadGuard {
    public:
    enum class DesAction { join, detach };

    ThreadGuard(std::thread&& t, DesAction a) : t_(std::move(t)), action_(a){};

    ~ThreadGuard() {
        if (t_.joinable()) {
            if (action_ == DesAction::join) {
                t_.join();
            } else {
                t_.detach();
            }
        }
    }

    ThreadGuard(ThreadGuard&&) = default;
    ThreadGuard& operator=(ThreadGuard&&) = default;

    std::thread& get() { return t_; }

    private:
    std::thread t_;
    DesAction action_;
};

int main() {
    ThreadGuard t(std::thread([]() {
        for (int i = 0; i < 10; ++i) {
            std::cout << "thread guard " << i << " " << std::endl;
        }
        std::cout << std::endl;}), ThreadGuard::DesAction::join);
    return 0;
}

std::thread 参考代码三输出结果

cpp 复制代码

thread guard 0 
thread guard 1 
thread guard 2 
thread guard 3 
thread guard 4 
thread guard 5 
thread guard 6 
thread guard 7 
thread guard 8 
thread guard 9

C++11还提供了获取线程id，或者系统cpu个数，获取thread native_handle，使得线程休眠等功能

std::thread 参考代码四

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <thread>

using namespace std;

int main()
{
    auto func = []()
    {
        for (int i = 0; i < 10; ++i)
        {
            cout << i << " ";
        }
        cout << endl;
    };

    std::thread t(func);
    if (t.joinable()){
        t.detach();
    }
    cout << "当前线程ID " << t.get_id() << endl;
    cout << "当前cpu个数 " << std::thread::hardware_concurrency() << endl;
    auto handle = t.native_handle(); // handle可用于pthread相关操作
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
    return 0;
}

std::thread 参考代码四输出结果

cpp 复制代码

当前线程ID thread::id of a non-executing thread
当前cpu个数 4
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9