[原]C++新标准之std::thread

概览

从C++11开始提供了线程的支持，终于可以方便的编写跨平台的线程代码了。除了std::thread类，还提供了许多其它便利同步的机制，本篇总结是C++11学习笔记系列的首篇总结。

std::thread

std::thread定义在<thread>中，提供了方便的创建线程的功能。

类定义

class thread
{
public:
  thread() noexcept;
  thread( thread&& other ) noexcept;
  template< class Function, class... Args >
	explicit thread( Function&& f, Args&&... args );
  thread(const thread&) = delete;
  ~thread();
  thread& operator=( thread&& other ) noexcept;
  bool joinable() const noexcept;
  std::thread::id get_id() const noexcept;
  native_handle_type native_handle();
  void join();
  void detach();
  void swap( thread& other ) noexcept;
  static unsigned int hardware_concurrency() noexcept;
};

从定义中我们可以得知：

• std::thread不支持拷贝语义。
• std::thread支持移动语义。

各个成员函数的简单介绍

• join() 可以用来等待线程结束，只能调用一次。
• joinable()是否与某个有效的线程关联。
• detach() 与当前线程分离。
• swap() 与另外一个std::thread交换。
• get_id()获取id。
• native_handle() 返回平台相关的数据，windows下是HANDLE。
• hardware_concurrency() 返回可并行运行的线程数量，只能作为一个参考。

例子

因为thread类比较简单，我们通过几个例子来学习。

• 支持移动语义，但不支持拷贝语义

  #include <thread>
  void some_function() {}
  void some_other_function() {}
  int main()
  {
    std::thread t1(some_function); // 构造一个thread对象t1
    std::thread t2 = std::move(t1); // 把t1 move给另外一个thread对象t2，t1不再管理之前的线程了。
    // 这句不需要std::move()，从临时变量进行移动是自动和隐式的。调用的是operator=(std::thread&&)
    t1 = std::thread(some_other_function);
    std::thread t3;
    t3 = std::move(t2); // 把t2 move给t3
    // 把t3 move给t1，非法。因为`t1`已经有了一个相关的线程，会调用`std::terminate()`来终止程序。
    t1 = std::move(t3);
  }

• 通过调用join()成员函数来等待线程结束

  #include <iostream>
  #include <thread>
  #include <chrono>
   
  void foo() 
  {
      std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
  }
   
  int main()
  {
      std::cout << "starting first helper...\n";
      std::thread helper1(foo);
      helper1.join();
  }

• 传递参数给线程函数

  void f(int i, const std::string& s);
  std::thread t(f, 3, "hello");

注意：参数会以默认的方式被复制到内部存储空间，直到使用的时候才会转成对应的类型。

• 下面的例子有问题吗？有什么问题？

  void f(int i, const std::string& s);
  void oops(int some_param)
  {
    char buffer[1024];
    sprintf(buffer, "%i", some_param);
    std::thread t(f, 3, buffer);
    t.detach();
  }

  局部变量buffer的指针会被传递给新线程，并在新线程里转换成string，如果oops()在buffer被转换成string之前退出，那么会导致未定义的行为(因为buffer是局部变量，oops()结束后，buffer对应的内存不能被使用了)。解决之道是在构造std::thread的时候传递string变量。std::thread t(f, 3, std::string(buffer));

• 可以使用std::ref()来显示表明要传递引用，就像std::bind()那样。

  std::string data;
  void test(int a, std::string& data) { data = "modified"; }
  std::thread t(test, w, std::ref(data));

• 使用类的成员函数作为线程参数

  #include <thread>
  #include <string>
  class CRunner
  {
  public:
    void run0(){}
    void run1(int a) {}
    void run2(int a, int b) const {}
    int  run3(int a, char b, const std::string& c) {return 0;}
    int  run4(int& a, double b, float c, char d) { ++a; return 0; }
    static void run_static(int a) {}
  };
  
  int main()
  {
    CRunner runner;
    int a = 0;
    // 使用std::mem_fun，需要传指针
    std::thread t0(std::mem_fun(&CRunner::run0), &runner);
    // 使用std::mem_fun_ref，可以传引用或副本
    std::thread t1(std::mem_fun_ref(&CRunner::run1), std::ref(runner), 1);
    // std::thread t1(std::mem_fun_ref(&CRunner::run1), runner, 1);
  
    // 使用std::mem_fn，std::mem_fn支持多于一个参数的函数，std::mem_fun不支持。
    std::thread t2(std::mem_fn(&CRunner::run2), std::ref(runner), 1, 2);
    // 使用std::bind + std::mem_fn
    std::thread t3(std::bind(std::mem_fn(&CRunner::run3), &runner, 1, 2, "data")); 
    // 使用std::mem_fn，注意std::ref的用法，如果不用std::ref行不行？
    std::thread t4(std::mem_fn(&CRunner::run4), &runner, std::ref(a), 2.2, 3.3f, 'd'); 
    // 使用类的静态函数
    std::thread t5(&CRunner::run_static, 1);
  
    t0.join();
    t1.join();
    t2.join();
    t3.join();
    t4.join();
    t5.join();
  }

注意

• std::mem_fun需要与类指针配合，std::mem_fun_ref可以和类引用或类副本配合。
• std::mem_fun或std::mem_fun_ref只支持最多一个参数的可调用对象（函数，仿函数等），在新标准中已经废弃不用了。
• std::mem_fn是std::mem_fun的增强版，不需要区分传递指针或者传递引用。而且可以支持传递多个参数。
• std::thread只需要一个可以调用的对象(函数，仿函数等)，所以我们也可以通过std::bind()的返回值来作为std::thread的参数。

更多

虽然在之前的例子中的函数有返回值，但是我们却不能获得，想获得返回值我们需要使用std::future，关于std::future的总结，后续会慢慢补充，敬请期待。

参考资料

• 《C++并发编程实战》
• cppreference