【C++入门到精通】 线程库 | thread类 C++11 [ C++入门 ]

引言

当讨论现代编程语言的特性时，C++11无疑是一个不容忽视的里程碑。在前一篇文章中，我们深入探讨了Lambda表达式在C++11中的引入和应用。本文将继续探索C++11的强大功能，具体而言，我们这篇文章将聚焦于线程库和其中的thread类。

线程在多任务处理中起着至关重要的作用，它们允许程序同时执行多个任务，从而提高效率和响应速度。在C++11之前，线程的处理相对复杂且容易出错。然而，在C++11中引入的thread类为我们带来了更加便捷和安全的线程管理方式。让我们一起深入研究C++11线程库中的thread类，探索多线程编程的无限潜力吧！

一、thread类的简单介绍

thread的官方文档

thread类是C++11引入的一个重要特性，它位于<thread>头文件中，并提供了一种简单而强大的方式来实现多线程编程。

使用thread类，我们可以轻松地创建和管理线程。通过创建thread对象，我们可以指定要执行的线程函数，并传递所需的参数。一旦线程对象被创建，我们可以使用它的成员函数来控制线程的生命周期，如启动线程、等待线程完成、检查线程是否运行等。

?以下是thread类的一些常用成员函数：

函数名	功能
构造函数	用于创建线程对象，并指定要执行的函数或可调用对象。
start()	启动线程的执行，使线程进入就绪状态并开始运行。
join()	阻塞当前线程，直到被调用的线程执行完毕。通常用于等待线程的结束，并获取线程的返回值（如果有）。
detach()	将线程对象设置为分离状态，使得线程无法被其他线程join()，并在执行完毕后自动释放资源。
get_id()	返回线程的ID，用于唯一标识一个线程。
joinable()	查询线程是否可执行，即查询线程是否已经启动但未被join()。
hardware_concurrency()	返回当前系统支持的最大线程数，通常与CPU核心数相同。

🚨注意：以上仅列举了thread类的部分常用成员函数，还有其他一些成员函数和静态成员函数可供我们使用。同时，在使用这些成员函数时，我们需要注意线程安全性和同步机制，以避免出现竞态条件和数据不一致的问题。

二、线程函数详细介绍

1. start() 函数

start()函数通常是由线程对象调用的，用于开始执行一个新线程。

（1）头文件

start()函数在C++标准库的<thread>头文件中进行声明。

（2）函数原型

start()函数的函数原型如下：

void start();

2. join() 函数

在C++标准库中，std::thread类提供了join()函数用于等待一个线程的结束并回收资源。

（1）头文件

join()函数在C++标准库的<thread>头文件中进行声明。

（2）函数原型

join()函数的函数原型如下：

void join();

3. detach() 函数

detach()函数是std::thread类提供的一个成员函数，用于将线程与std::thread对象分离，使其成为一个独立的线程，并在后台运行。

（1）头文件

detach()函数在C++标准库的<thread>头文件中进行声明。

（2）函数原型

detach()函数的函数原型如下：

void detach();

（3）使用示例

下面是一个使用std::thread及其detach()函数的示例：

#include <iostream>
#include <thread>

void thread_func()
{
    std::cout << "Hello from new thread!" << std::endl;
}

int main()
{
    std::thread t(thread_func);  // 创建一个新线程，并指定线程函数
    t.detach();  // 分离新线程
    std::cout << "Hello from main thread!" << std::endl;
    return 0;
}

在上述示例中，我们首先创建一个std::thread对象t，并将一个线程函数thread_func作为参数传递给构造函数。然后，我们通过调用t.detach()函数将新线程与std::thread对象分离。最后，主线程输出“Hello from main thread!”。

在运行上述示例时，将会看到如下输出：

Hello from main thread!
Hello from new thread!

由于我们在主线程中调用了t.detach()函数，新线程成为一个独立的线程，并在后台运行。因此，在输出“Hello from main thread!”之后，新线程才会输出“Hello from new thread!”。

4. get_id() 函数

get_id()函数是std::thread类提供的一个成员函数，用于获取与std::thread对象相关联的线程的ID。

（1）头文件

get_id()函数在C++标准库的<thread>头文件中进行声明。

（2）函数原型

get_id()函数的函数原型如下：

std::thread::id get_id() const noexcept;

（3）使用示例

下面是一个使用std::thread及其get_id()函数的示例：

#include <iostream>
#include <thread>

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

int main()
{
    std::thread t(thread_func);  // 创建一个新线程，并指定线程函数
    std::cout << "Main thread ID: " << std::this_thread::get_id() << std::endl;
    t.join();  // 等待新线程结束
    return 0;
}

在上述示例中，我们首先创建一个std::thread对象t，并将一个线程函数thread_func作为参数传递给构造函数。然后，我们通过调用t.join()函数等待新线程结束。在新线程的线程函数中，我们输出线程的ID。在主线程中，我们也输出主线程的ID。

在运行上述示例时，将会看到如下输出：

Main thread ID: 140102324408064
Thread ID: 140102234146560

由于我们在主线程中调用了std::this_thread::get_id()函数和新线程中的get_id()函数，分别获取了主线程和新线程的ID。可以看到，两个线程的ID是不同的。

5. joinable() 函数

joinable()函数是std::thread类提供的一个成员函数，用于检查与std::thread对象关联的线程是否可以被join或detach。

（1）头文件

joinable()函数在C++标准库的<thread>头文件中进行声明。

（2）函数原型

joinable()函数的函数原型如下：

bool joinable() const noexcept;

（3）参数解释

joinable()函数没有参数。调用该函数时，将返回一个bool类型的值，表示与std::thread对象相关联的线程是否可以被join或detach。

（4）返回值

joinable()函数返回值类型为bool。如果与std::thread对象相关联的线程可以被join或detach，则返回true；否则返回false。

（5）使用示例

下面是一个使用std::thread及其joinable()函数的示例：

#include <iostream>
#include <thread>

void thread_func()
{
    std::cout << "Hello from new thread!" << std::endl;
}

int main()
{
    std::thread t(thread_func);  // 创建一个新线程，并指定线程函数
    std::cout << "Is thread joinable? " << t.joinable() << std::endl;  // 输出true
    t.join();  // 等待新线程结束
    std::cout << "Is thread joinable? " << t.joinable() << std::endl;  // 输出false
    return 0;
}

在上述示例中，我们首先创建一个std::thread对象t，并将一个线程函数thread_func作为参数传递给构造函数。然后，我们通过调用t.joinable()函数检查与std::thread对象关联的线程是否可以被join或detach。在新线程结束之前，该函数返回true。在调用t.join()函数等待新线程结束后，该函数返回false。

三、std::this_thread命名空间

C++11引入了std::this_thread命名空间，其中包含了一些与当前线程相关的函数和属性。这些函数和属性以全局函数或静态成员函数的形式提供。

?以下是std::this_thread命名空间下的一些常用函数：

函数名	功能
std::this_thread::get_id()	获取当前线程的ID，返回一个std::thread::id对象。
std::this_thread::sleep_for()	使当前线程休眠一段指定的时间。接受一个std::chrono::duration作为参数，表示休眠的时间间隔。
std::this_thread::yield()	暂时放弃当前线程的执行，允许其他线程运行。调用yield()后，当前线程可能会被重新调度执行，也可能继续让其他线程执行。

🚨注意：这些函数是与当前线程直接相关的，而不是用于创建或管理线程的类。

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