【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
- 2. 使用 Lambda 表达式
- 3. 传递参数给线程
- 4. 线程的 join 和 detach
- 5. 检查线程是否可 join
- 6. 线程的 ID
- 7. 线程的移动语义
- 8. 线程的析构
- 🚨 注意事项
三、线程函数参数
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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::mutex和std::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::id和thread_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()和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。

#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。

#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。

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。

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

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。

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。

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

当 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。

{
    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。

#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;
}