Multi-Threading ist eine spezielle Form des Multitasking, die es dem Computer ermöglicht, zwei oder mehr Programme gleichzeitig auszuführen. Im Allgemeinen gibt es zwei Arten von Multitasking: prozessbasiert und threadbasiert.
Prozessbasiertes Multitasking ist die gleichzeitige Ausführung von Programmen.
Thread-basiertes Multitasking ist die gleichzeitige Ausführung von Fragmenten desselben Programms.
Ein Multithread-Programm besteht aus zwei oder mehr Teilen, die gleichzeitig ausgeführt werden können. Jeder Teil eines solchen Programms wird als Thread bezeichnet, und jeder Thread definiert einen separaten Ausführungspfad.
C++ enthält keine integrierte Unterstützung für Multithread-Anwendungen. Stattdessen verlässt es sich vollständig auf das Betriebssystem, um diese Funktionalität bereitzustellen.
In diesem Tutorial wird davon ausgegangen, dass Sie das Linux-Betriebssystem verwenden und wir ein Multithread-C++-Programm mit POSIX schreiben werden. POSIX-Threads oder Pthreads stellen eine API bereit, die auf einer Vielzahl von Unix-ähnlichen POSIX-Systemen wie FreeBSD, NetBSD, GNU/Linux, Mac OS X und Solaris verfügbar ist.
Thread erstellen
Das folgende Programm können wir zum Erstellen eines POSIX-Threads verwenden:
#include <pthread.h>pthread_create (thread, attr, start_routine, arg)
Hier erstellt pthread_create einen neuen Thread und lässt ihn ausführbar. Im Folgenden finden Sie eine Beschreibung der Parameter:
| 参数 | 描述 |
| thread | 指向线程标识符指针。 |
| attr | 一个不透明的属性对象，可以被用来设置线程属性。您可以指定线程属性对象，也可以使用默认值 NULL。 |
| start_routine | 线程运行函数起始地址，一旦线程被创建就会执行。 |
| arg | 运行函数的参数。它必须通过把引用作为指针强制转换为 void 类型进行传递。如果没有传递参数，则使用 NULL。 |
创建线程成功时，函数返回 0，若返回值不为 0 则说明创建线程失败。
终止线程
使用下面的程序，我们可以用它来终止一个 POSIX 线程：
#include <pthread.h>pthread_exit (status)
在这里，pthread_exit 用于显式地退出一个线程。通常情况下，pthread_exit() 函数是在线程完成工作后无需继续存在时被调用。
如果 main() 是在它所创建的线程之前结束，并通过 pthread_exit() 退出，那么其他线程将继续执行。否则，它们将在 main() 结束时自动被终止。
实例
以下简单的实例代码使用 pthread_create() 函数创建了 5 个线程，每个线程输出"Hello Runoob！":
#include <iostream>// 必须的头文件是#include <pthread.h>using namespace std;#define NUM_THREADS 5// 线程的运行函数void* say_hello(void* args){
cout << "Hello Runoob！" << endl;}int main(){
// 定义线程的 id 变量，多个变量使用数组
pthread_t tids[NUM_THREADS];
for(int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i)
{
//参数依次是：创建的线程id，线程参数，调用的函数，传入的函数参数
int ret = pthread_create(&tids[i], NULL, say_hello, NULL);
if (ret != 0)
{
cout << "pthread_create error: error_code=" << ret << endl;
}
}
//等各个线程退出后，进程才结束，否则进程强制结束了，线程可能还没反应过来；
pthread_exit(NULL);}使用 -lpthread 库编译下面的程序：
$ g++ test.cpp -lpthread -o test.o
现在，执行程序，将产生下列结果：
$ ./test.oHello Runoob！Hello Runoob！Hello Runoob！Hello Runoob！Hello Runoob！
以下简单的实例代码使用 pthread_create() 函数创建了 5 个线程，并接收传入的参数。每个线程打印一个 "Hello Runoob!" 消息，并输出接收的参数，然后调用 pthread_exit() 终止线程。
//文件名：test.cpp#include <iostream>#include <cstdlib>#include <pthread.h>using namespace std;#define NUM_THREADS 5void *PrintHello(void *threadid){
// 对传入的参数进行强制类型转换，由无类型指针变为整形数指针，然后再读取
int tid = *((int*)threadid);
cout << "Hello Runoob! 线程 ID, " << tid << endl;
pthread_exit(NULL);}int main (){
pthread_t threads[NUM_THREADS];
int indexes[NUM_THREADS];// 用数组来保存i的值
int rc;
int i;
for( i=0; i < NUM_THREADS; i++ ){
cout << "main() : 创建线程, " << i << endl;
indexes[i] = i; //先保存i的值
// 传入的时候必须强制转换为void* 类型，即无类型指针
rc = pthread_create(&threads[i], NULL,
PrintHello, (void *)&(indexes[i]));
if (rc){
cout << "Error:无法创建线程," << rc << endl;
exit(-1);
}
}
pthread_exit(NULL);}现在编译并执行程序，将产生下列结果：
$ g++ test.cpp -lpthread -o test.o $ ./test.o
main() : 创建线程, 0main() : 创建线程, 1main() : 创建线程, 2main() : 创建线程, 3main() : 创建线程, 4Hello Runoob! 线程 ID, 4Hello Runoob! 线程 ID, 3Hello Runoob! 线程 ID, 2Hello Runoob! 线程 ID, 1Hello Runoob! 线程 ID, 0
向线程传递参数
这个实例演示了如何通过结构传递多个参数。您可以在线程回调中传递任意的数据类型，因为它指向 void，如下面的实例所示：
#include <iostream>#include <cstdlib>#include <pthread.h>using namespace std;#define NUM_THREADS 5struct thread_data{
int thread_id;
char *message;};void *PrintHello(void *threadarg){
struct thread_data *my_data;
my_data = (struct thread_data *) threadarg;
cout << "Thread ID : " << my_data->thread_id ;
cout << " Message : " << my_data->message << endl;
pthread_exit(NULL);}int main (){
pthread_t threads[NUM_THREADS];
struct thread_data td[NUM_THREADS];
int rc;
int i;
for( i=0; i < NUM_THREADS; i++ ){
cout <<"main() : creating thread, " << i << endl;
td[i].thread_id = i;
td[i].message = "This is message";
rc = pthread_create(&threads[i], NULL,
PrintHello, (void *)&td[i]);
if (rc){
cout << "Error:unable to create thread," << rc << endl;
exit(-1);
}
}
pthread_exit(NULL);}当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：
$ g++ -Wno-write-strings test.cpp -lpthread -o test.o $ ./test.o main() : creating thread, 0main() : creating thread, 1main() : creating thread, 2main() : creating thread, 3main() : creating thread, 4Thread ID : 3 Message : This is messageThread ID : 2 Message : This is messageThread ID : 0 Message : This is messageThread ID : 1 Message : This is messageThread
ID : 4 Message : This is message
连接和分离线程
我们可以使用以下两个函数来连接或分离线程：
pthread_join (threadid, status) pthread_detach (threadid)
pthread_join() 子程序阻碍调用程序，直到指定的 threadid 线程终止为止。当创建一个线程时，它的某个属性会定义它是否是可连接的（joinable）或可分离的（detached）。只有创建时定义为可连接的线程才可以被连接。如果线程创建时被定义为可分离的，则它永远也不能被连接。
这个实例演示了如何使用 pthread_join() 函数来等待线程的完成。
#include <iostream>#include <cstdlib>#include <pthread.h>#include <unistd.h>using namespace std;#define NUM_THREADS 5void *wait(void *t){
int i;
long tid;
tid = (long)t;
sleep(1);
cout << "Sleeping in thread " << endl;
cout << "Thread with id : " << tid << " ...exiting " << endl;
pthread_exit(NULL);}int main (){
int rc;
int i;
pthread_t threads[NUM_THREADS];
pthread_attr_t attr;
void *status;
// 初始化并设置线程为可连接的（joinable）
pthread_attr_init(&attr);
pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_JOINABLE);
for( i=0; i < NUM_THREADS; i++ ){
cout << "main() : creating thread, " << i << endl;
rc = pthread_create(&threads[i], NULL, wait, (void *)i );
if (rc){
cout << "Error:unable to create thread," << rc << endl;
exit(-1);
}
}
// 删除属性，并等待其他线程
pthread_attr_destroy(&attr);
for( i=0; i < NUM_THREADS; i++ ){
rc = pthread_join(threads[i], &status);
if (rc){
cout << "Error:unable to join," << rc << endl;
exit(-1);
}
cout << "Main: completed thread id :" << i ;
cout << " exiting with status :" << status << endl;
}
cout << "Main: program exiting." << endl;
pthread_exit(NULL);}当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：
main() : creating thread, 0main() : creating thread, 1main() : creating thread, 2main() : creating thread, 3main() : creating thread, 4Sleeping in thread Thread with id : 4 ...exiting Sleeping in thread Thread with id : 3 ...exiting Sleeping in thread Thread with id : 2 ...exiting Sleeping in thread Thread with id : 1 ...exiting Sleeping in thread Thread with id : 0 ...exiting Main: completed thread id :0 exiting with status :0Main: completed thread id :1 exiting with status :0Main: completed thread id :2 exiting with status :0Main: completed thread id :3 exiting with status :0Main: completed thread id :4 exiting with status :0Main: program exiting.
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