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【Linux】线程封装

news 2025/9/4 6:51:10

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文章目录

一、为什么需要封装线程库？

pthread的痛点：

封装带来的好处：

二、线程封装核心代码解析

1. 头文件定义（Thread.hpp）

三、关键技术点详解

1. std::function的魅力

2. 静态成员函数的巧妙使用

3. 获取真实的线程ID

四、使用示例和测试代码

测试代码（main.cpp）

一、为什么需要封装线程库？

在Linux C++开发中，我们经常需要使用多线程。原生的pthread接口虽然强大，但存在一些问题：

pthread的痛点：

🔧 C风格接口：函数指针和void*参数不够类型安全
📝 冗长的代码：需要手动管理线程创建、连接、销毁
🚫 易出错：容易忘记检查返回值，导致难以调试的问题
🔄 缺乏RAII：资源管理需要手动处理

封装带来的好处：

🎯 类型安全：使用std::function代替函数指针
🚀 简洁易用：几行代码完成线程管理
🛡️ 异常安全：利用RAII自动管理资源
📦 可扩展性：方便添加新功能（如线程池）

二、线程封装核心代码解析

1. 头文件定义（Thread.hpp）

#include <iostream>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <vector>
#include <functional>
#include <sys/syscall.h>// 获取轻量级进程ID（线程ID）
#define get_lwp_id() syscall(SYS_gettid)// 定义函数类型别名
using func_t = std::function<void()>;class Thread
{
public:// 构造函数：接收线程函数和线程名Thread(func_t func, const std::string &name): _name(name), _func(func), _isrunning(false){}// 静态成员函数：线程启动例程static void *start_routine(void *args){Thread *self = static_cast<Thread *>(args);self->_isrunning = true;self->_lwpid = get_lwp_id();  // 获取实际线程IDself->_func();                // 执行用户函数pthread_exit((void *)0);      // 线程退出}// 启动线程void Start(){int n = pthread_create(&_tid, nullptr, start_routine, this);if (n == 0){std::cout << "线程" << _name << "创建成功" << std::endl;}}// 等待线程结束void Join(){if (!_isrunning) return;int n = pthread_join(_tid, nullptr);if (n == 0){std::cout << "线程" << _name << "回收成功" << std::endl;}}~Thread() {}private:bool _isrunning;        // 线程运行状态pthread_t _tid;         // 线程IDpid_t _lwpid;           // 轻量级进程IDstd::string _name;      // 线程名称func_t _func;           // 线程执行函数
};

三、关键技术点详解

1. std::function的魅力

传统pthread的问题：

 // C风格：需要静态函数和void*参数
void* thread_func(void* arg) {// 需要类型转换int* data = (int*)arg;// ...
}

我们的解决方案：

// C++11风格：类型安全的函数对象
using func_t = std::function<void()>;// 可以接收任何可调用对象：
// 1. 普通函数
// 2. Lambda表达式  
// 3. 函数对象
// 4. std::bind表达式

2. 静态成员函数的巧妙使用

为什么需要静态函数？
pthread_create要求C风格的函数指针，但普通成员函数有隐式的this参数。

解决方案：

static void *start_routine(void *args) {Thread *self = static_cast<Thread *>(args);  // 转换回对象指针self->_func();  // 调用真正的线程函数
}

3. 获取真实的线程ID

#define get_lwp_id() syscall(SYS_gettid)// 为什么需要这个？
// - pthread_t是进程内标识，在不同进程中可能重复
// - 通过系统调用获取的LWP ID是系统范围内唯一的
// - 便于调试和系统监控

四、使用示例和测试代码

测试代码（main.cpp）

#include "Thread.hpp"
#include <iostream>
#include <vector>// 测试函数
void Test()
{int cnt = 3;while (cnt--){std::cout << "线程" << get_lwp_id() << "正在运行..." << std::endl;sleep(1);}
}// Lambda表达式测试
auto lambda_test = []() {std::cout << "Lambda线程运行中" << std::endl;sleep(2);
};int main()
{std::cout << "=== 单线程测试 ===" << std::endl;Thread t1(Test, "single-thread");t1.Start();t1.Join();std::cout << "\n=== 多线程测试 ===" << std::endl;std::vector<Thread> threads;// 创建3个线程for (int i = 0; i < 3; i++){std::string name = "thread-";name += std::to_string(i + 1);threads.emplace_back(Test, name);}// 启动所有线程for (auto &thread : threads){thread.Start();}// 等待所有线程结束for (auto &thread : threads){thread.Join();}std::cout << "\n=== Lambda测试 ===" << std::endl;Thread t2(lambda_test, "lambda-thread");t2.Start();t2.Join();return 0;
}

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