深入解析C++中的std::thread的使用

2023-05-16 20:05:06 std 解析 Thread

std::thread简介

C++11之前，window和linux平台分别有各自的多线程标准，使用C++编写的多线程往往是依赖于特定平台的。

  • Window平台提供用于多线程创建和管理的win32 api；
  • Linux下则有POSIX多线程标准，Threads或Pthreads库提供的API可以在类Unix上运行；

在C++11新标准中，可以简单通过使用thread库，来管理多线程。thread库可以看做对不同平台多线程API的一层包装；因此使用新标准提供的线程库编写的程序是跨平台的。

一、C++11 线程创建

  • 每一个 C++11 程序都包含一个主线程即 main() 函数，在 C++11 中可以通过创建 std::thread 对象来创建新的线程，每个 std::thread 对象都可以与一个线程相关联。
  • 需要引用的头文件：
#include <thread>

二、std::thread 的构造函数中接收什么参数？

  • 可以给 std::thread 对象添加函数，这个回调函数将在这个新线程启动时执行。这些回调可以是：
    • 函数指针；
    • 函数对象；
    • Lambda 函数。
  • 创建 thread 对象：
std::thread thObj(<CALLBACK>);
  • 新线程将在创建新对象后立即启动，并将并行地执行（当参数）传递给线程的回调函数。此外，任何线程都可以通过调用某线程对象上的 join( ) 函数来等待此线程退出。
  • 来看一个例子，主线程将创建另外一个线程，创建这个新线程后，主线程会在控制台上打印一些数据，然后等待新创建的线程退出。
  • 使用函数指针创建线程：
#include <thread>

void thread_function() {
    for(int i = 0; i < 10000; i++);
        std::cout<<"thread function Executing"<<std::endl;
}

int main() {
    std::thread threadObj(thread_function);
    for(int i = 0; i < 10000; i++);
        std::cout<<"Display From MainThread"<<std::endl;
    threadObj.join();    
    std::cout<<"Exit of Main function"<<std::endl;
    return 0;
}
  • 使用函数对象创建线程：
#include <iOStream>
#include <thread>
class DisplayThread {
public:
    void operator()() {
        for(int i = 0; i < 10000; i++)
            std::cout<<"Display Thread Executing"<<std::endl;
    }
};

int main() {
    std::thread threadObj( (DisplayThread()) );
    for(int i = 0; i < 10000; i++)
        std::cout<<"Display From Main Thread "<<std::endl;
    std::cout<<"Waiting For Thread to complete"<<std::endl;
    threadObj.join();
    std::cout<<"Exiting from Main Thread"<<std::endl;
    return 0;
}
  • 使用 Lambda 函数创建线程：
#include <iostream>
#include <thread>
int main() {
    int x = 9;
    std::thread threadObj([]{
            for(int i = 0; i < 10000; i++)
                std::cout<<"Display Thread Executing"<<std::endl;
            });

    for(int i = 0; i < 10000; i++)
        std::cout<<"Display From Main Thread"<<std::endl;

    threadObj.join();
    std::cout<<"Exiting from Main Thread"<<std::endl;
    return 0;
}
  • 如何区分线程：
    • 每个 std::thread 对象都有一个 ID，使用下面的函数可以获取：
std::thread::get_id()

获取当前线程的 ID：

std::this_thread::get_id()
  • 如果 std::thread 对象没有和任何对象关联，则 get_id() 函数会返回默认构造的 std::thread::id 对象，即“非线程”。std::thread::id 是一个对象，它也可以在控制台上进行比较和打印：
#include <iostream>
#include <thread>
void thread_function() {
    std::cout<<"Inside Thread :: ID  = "<<std::this_thread::get_id()<<std::endl;    
}
int main() {
    std::thread threadObj1(thread_function);
    std::thread threadObj2(thread_function);

    if(threadObj1.get_id() != threadObj2.get_id())
        std::cout<<"Both Threads have different IDs"<<std::endl;

    std::cout<<"From Main Thread :: ID of Thread 1 = "<<threadObj1.get_id()<<std::endl;    
    std::cout<<"From Main Thread :: ID of Thread 2 = "<<threadObj2.get_id()<<std::endl;    

    threadObj1.join();    
    threadObj2.join();    
    return 0;
}

三、std::thread 的搭配用法

① std::promise

  • 为了在不同的线程之间传递数据，C++ 引入了 std::promise 和 std::future 这两种数据结构，在头文件 <future> 中包含。
  • promise 是一个范型的数据结构，你可以定义一个整形的 promise：promise，这意味着线程之间传递的值是整形。promise 的 get_future() 方法返回一个 future 数据结构，从这个 future 数据结构可以获取设置给 promise 的值：
#include <iostream>
#include <future>
#include <thread>

using namespace std;

int main() {
  promise<int> a_promise;
  auto a_future = a_promise.get_future();
  a_promise.set_value(10);
  cout << a_future.get() << endl;
  cout << "after get()" << endl;
  return 0;
}

输出结构是：

10
after get()

  • 实际上，上面的例子并没有使用线程，但是很好得展示了 promise 和 future 之间的关系。更复杂一点的使用场景可能如下：
    • 主线程定义一个 promise，命名为 p；
    • 主线程调用 p.get_future()，并把返回值保存为引用 f；
    • 主线程启动一个子线程，并把 p 作为启动参数传给子线程；
    • 主线程调用 f.get()，但是此时子线程还未将数据放入 promise 内，所以主线程挂起；
    • 子线程执行完，获取到结果，并把结果写入 p；
    • 主线程从 f.get() 的调用中被唤醒，获取到子线程写入 p 的值，继续执行。

② std::packaged_task

C++11 很贴心地提供 packaged_task 类型，可以不用直接使用 std::thread 和 std::promise，直接就能够生成线程，派遣任务：

#include <iostream>
#include <future>

using namespace std;

int f() {
  string hi = "hello, world!";
  cout << hi << endl;
  return hi.size();
}

int main() {
  packaged_task<int ()> task(f);
  auto result = task.get_future();

  task();

  cout << result.get() << endl;

  return 0;
}

运行结果为：

hello, world!
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③ std::async

  • std::packaged_task 要求自己启动任务，比如要显示调用 task()，如果连这一步都想省了的话，可以使用 std:async:
#include <iostream>
#include <vector>
#include <alGorithm>
#include <numeric>
#include <future> 

template <typename RandomIt>

int parallel_sum(RandomIt beg, RandomIt end) {
    auto len = end - beg;
    if (len < 1000) 
        return std::accumulate(beg, end, 0);

    RandomIt mid = beg + len/2;
    auto handle = std::async(std::launch::async,
                             parallel_sum<RandomIt>, mid, end);
    int sum = parallel_sum(beg, mid);
    return sum + handle.get();
}

int main() {
    std::vector<int> v(10000, 1);
    std::cout << "The sum is " << parallel_sum(v.begin(), v.end()) << '\n';
}

运行结果：

The sum is 10000

④ std::this_thread

  • C++11 专门提供了一个命名空间 std::this_thread 来表示当前线程。
  • std::this_thread 提供了几个方法可以对线程做一定的控制：
    • get_id()，获取线程 id；
    • yield()，释放执行权；
    • sleep_for()，使线程沉睡一定时间。
#include <iostream>
#include <future>
#include <thread>
using namespace std;

int f(promise<int> my_promise) {
  string hi = "hello, world!";

  my_promise.set_value(hi.size());

  this_thread::sleep_for(0.1s);
  cout << hi << endl;
}

int main() {
  promise<int> f_promise;

  auto result = f_promise.get_future();

  thread f_thread(f, move(f_promise));
  cout << result.get() << endl;

  f_thread.join();

  return 0;
}

到此这篇关于深入解析C++中的std::thread的使用的文章就介绍到这了,更多相关C++ std::thread使用内容请搜索以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持！

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