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c++多线程（1）------创建和管理线程td::thread

news 2025/9/4 15:52:15

操作系统：ubuntu22.04
IDE:Visual Studio Code
编程语言：C++11

算法描述

std::thread 是 C++11 标准库中用于创建和管理线程的核心类，定义在头文件中。它使得多线程编程变得简单、类型安全且跨平台。

一、std::thread 简介

std::thread 是一个类，代表一个执行线程。你可以用它来启动一个函数（普通函数、lambda、函数对象、成员函数等）在新的线程中运行。
🔧 所需头文件：

#include <thread>

📦 常用成员函数：

函数	说明
join()	等待线程执行完毕（阻塞主线程）
detach()	分离线程，让其在后台独立运行
get_id()	获取线程的唯一 ID
joinable()	判断线程是否可以 join 或 detach
swap()	交换两个 thread 对象
native_handle()	获取底层平台的原生线程句柄（如 pthread_t）

二、创建线程的多种方式（附示例）

使用普通函数

#include <iostream>
#include <thread>
#include <chrono>void hello() 
{std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));std::cout << "Hello from thread " << std::this_thread::get_id() << std::endl;
}int main()
{std::thread t(hello);  // 启动线程执行 hello 函数std::cout << "Main thread ID: " << std::this_thread::get_id() << std::endl;t.join();  // 等待线程结束std::cout << "Thread joined." << std::endl;return 0;
}

输出示例：

Main thread ID: 1
Hello from thread 2
Thread joined.

使用带参数的函数

void print_message(const std::string& msg, int n) 
{for (int i = 0; i < n; ++i) {std::cout << msg << std::endl;std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(50));}
}int main()
{std::thread t(print_message, "Hello from thread!", 3);std::cout << "Main thread is running..." << std::endl;t.join();std::cout << "Thread finished." << std::endl;return 0;
}

⚠️ 注意：参数是值传递的。如果要传引用，必须用 std::ref。

✅ 正确传递引用：

void increment(int& x)
{++x;
}int main() 
{int a = 0;std::thread t(increment, std::ref(a));  // 使用 std::ref 传引用t.join();std::cout << "a = " << a << std::endl;  // 输出: a = 1return 0;
}

✅ 3. 使用 Lambda 表达式

int main()
{int local = 10;std::thread t([local](){  // 捕获 local 的副本std::cout << "Lambda: local = " << local << std::endl;std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));});t.join();return 0;
}

提示：如果要修改捕获的变量，使用 mutable 或传引用：

std::thread t([&local]() mutable 
{local += 5;std::cout << "Modified: " << local << std::endl;
});

✅ 4. 使用函数对象（仿函数）

struct Task 
{void operator()() const{std::cout << "Task executed in thread " << std::this_thread::get_id() << std::endl;}
};int main() 
{std::thread t(Task{});t.join();return 0;
}

✅ 5. 使用类的成员函数

class Worker 
{
public:void work(int id){std::cout << "Worker " << id << " working in thread " << std::this_thread::get_id() << std::endl;}
};int main() 
{Worker w;std::thread t(&Worker::work, &w, 42);  // &w 是对象指针，42 是参数t.join();return 0;
}

🔍 解释：&Worker::work 是成员函数指针，&w 是对象地址，42 是参数。

三、join() vs detach()

❗ 每个 std::thread 对象在析构前必须被 join 或 detach，否则程序会 std::terminate()。
✅ join()：等待线程结束

std::thread t(some_function);
t.join();  // 主线程阻塞，直到 t 结束
// 此时 t 不再可 join，t.joinable() 返回 false

✅ detach()：分离线程

std::thread t(some_function);
t.detach();  // 线程在后台运行，不再与 thread 对象关联
// 不能再 join，线程生命周期由系统管理

⚠️ 分离线程的风险：如果主线程结束，整个程序终止，分离线程也会被强制终止。

🧪 四、检查线程状态：joinable()

std::thread t(some_function);if (t.joinable()) 
{t.join();  // 安全调用
}

常用于异常安全代码中，确保线程被正确处理。

🧰 五、线程 ID 与当前线程操作

#include <iostream>
#include <thread>void show_id() 
{std::cout << "This thread ID: " << std::this_thread::get_id() << std::endl;
}int main() 
{std::thread t(show_id);std::cout << "Main thread ID: " << std::this_thread::get_id() << std::endl;t.join();// 让出 CPU 时间片std::this_thread::yield();// 休眠 500 毫秒std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(500));return 0;
}

🧱 六、线程安全与共享数据（简单示例）

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>int counter = 0;
std::mutex mtx;void increment() 
{for (int i = 0; i < 100000; ++i) {std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);++counter;}
}int main() 
{std::thread t1(increment);std::thread t2(increment);t1.join();t2.join();std::cout << "Final counter: " << counter << std::endl;  // 应为 200000return 0;
}

🔐 使用 std::mutex 和 std::lock_guard 保护共享变量 counter。

🚫 七、常见错误与注意事项

❌ 错误1：未调用 join 或 detach

int main()
{std::thread t([]{ std::cout << "Hello"; });return 0;  // t 析构时未 join/detach → 调用 std::terminate()
}

✅ 正确做法：

std::thread t(...);
// ...
t.join();  // 或 t.detach();

❌ 错误2：传递指针或引用时对象已销毁

std::thread t(increment, std::ref(local_var));
// 如果 local_var 是局部变量且线程未结束，可能访问已销毁内存

✅ 建议：确保线程使用的数据生命周期长于线程本身。

✅ 八、完整示例：多线程并行计算

#include <iostream>
#include <vector>
#include <thread>
#include <numeric>void accumulate(const std::vector<int>& vec, int start, int end, int& result){result = std::accumulate(vec.begin() + start, vec.begin() + end, 0);
}int main() 
{std::vector<int> data(100000, 1);  // 10万个1int sum1 = 0, sum2 = 0;std::thread t1(accumulate, std::ref(data), 0, 50000, std::ref(sum1));std::thread t2(accumulate, std::ref(data), 50000, 100000, std::ref(sum2));t1.join();t2.join();std::cout << "Total sum: " << sum1 + sum2 << std::endl;  // 100000return 0;
}

总结：std::thread 核心要点

要点	说明
✅ 启动线程	std::thread t(func, args…)
✅ 等待结束	t.join()
✅ 后台运行	t.detach()
✅ 安全检查	t.joinable()
✅ 线程ID	t.get_id() 或 std::this_thread::get_id()
✅ 传引用	使用 std::ref()
✅ 异常安全	在异常路径中也要 join/detach