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C++多线程开发 std::thread 使用详解

创作时间:

作者:

@小白创作中心

C++多线程开发 std::thread 使用详解

引用

CSDN

https://blog.csdn.net/arv002/article/details/145523912

在现代C++开发中，多线程编程是一个非常重要的主题。C++11引入的<thread>头文件提供了std::thread类，使得开发者可以更方便地进行多线程编程。本文将详细介绍std::thread的使用方法，并结合实际代码示例进行讲解。

1. 多线程编程的基本概念

1.1 什么是线程？

线程是操作系统能够调度的最小执行单元。一个进程可以包含多个线程，这些线程共享进程的内存空间和资源，但每个线程有自己的栈和程序计数器。

1.2 为什么需要多线程？

多线程的主要目的是提高程序的并发性，充分利用多核CPU的计算能力。通过多线程，可以将耗时的任务分配到多个线程中并行执行，从而提高程序的响应速度和性能。

1.3 C++中的多线程支持

在C++11之前，多线程编程依赖于平台特定的API（如POSIX线程或Windows线程）。C++11引入了<thread>头文件，提供了std::thread类来支持多线程编程。通过std::thread，开发者可以轻松创建和管理线程，从而实现并发执行任务的能力。

2. std::thread的基本使用

2.1 创建线程

要使用std::thread，首先需要包含<thread>头文件。创建线程的基本语法如下：

#include <thread>

void my_function() {
    // 线程执行的代码
}

int main() {
    std::thread t(my_function); // 创建线程
    t.join(); // 等待线程完成
    return 0;
}

在这个例子中，my_function是线程将要执行的函数。std::thread构造函数接受一个可调用对象（如函数指针、函数对象或lambda表达式）作为参数。

2.2 启动线程

创建线程后，需要调用std::thread对象的join()或detach()方法来启动线程。

join()：等待线程完成，通常在主线程中调用，确保主线程等待子线程完成后再继续执行。
detach()：将线程分离，使其成为一个独立的线程，不再与std::thread对象关联。

std::thread t(my_function);
t.join(); // 等待线程完成
// 或者
t.detach(); // 分离线程

2.3 线程同步

在多线程环境中，线程同步是一个重要的问题。C++11提供了多种同步原语，如互斥量（std::mutex）、条件变量（std::condition_variable）等。

#include <mutex>

std::mutex mtx;

void thread_function() {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
    // 临界区代码
}

2.4 数据共享

在多线程环境中，多个线程可以共享数据。但是，为了防止数据竞争，需要使用适当的同步机制。

int shared_data = 0;

void increment() {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
    shared_data++;
}

int main() {
    std::thread t1(increment);
    std::thread t2(increment);
    t1.join();
    t2.join();
    std::cout << "Shared data: " << shared_data << std::endl;
    return 0;
}

2.5 异常处理

在多线程环境中，异常处理需要特别注意。如果一个线程抛出异常但没有被捕获，整个程序将终止。因此，建议在每个线程中使用try-catch块来捕获异常。

void thread_function() {
    try {
        // 可能抛出异常的代码
    } catch (const std::exception& e) {
        // 异常处理代码
    }
}

3. std::thread的高级特性

3.1 线程局部存储

C++11提供了thread_local关键字来声明线程局部存储的变量。每个线程都有自己的变量副本，互不影响。

thread_local int tls_data = 0;

void thread_function() {
    tls_data++;
    std::cout << "TLS data: " << tls_data << std::endl;
}

int main() {
    std::thread t1(thread_function);
    std::thread t2(thread_function);
    t1.join();
    t2.join();
    return 0;
}

3.2 线程ID

每个线程都有一个唯一的ID，可以通过std::this_thread::get_id()获取。

#include <iostream>
#include <thread>

void thread_function() {
    std::cout << "Thread ID: " << std::this_thread::get_id() << std::endl;
}

int main() {
    std::thread t(thread_function);
    t.join();
    return 0;
}

3.3 线程睡眠

有时候需要让线程暂停执行一段时间，可以使用std::this_thread::sleep_for()函数。

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

void thread_function() {
    std::cout << "Sleeping for 1 second..." << std::endl;
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
    std::cout << "Woke up!" << std::endl;
}

int main() {
    std::thread t(thread_function);
    t.join();
    return 0;
}