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C++11 多线程支持概述

C++11版本引入了对多线程的STL支持，为程序开发提供了更高效的并发处理能力。通过std::thread，开发者可以轻松创建和管理线程，充分发挥多核处理器的性能。

一、通过Hello World示例引入多线程

#include 
   
    
#include 
    
     
int main() {
    std::thread t([]() {
        std::cout << "Hello Concurrency World" << std::endl;
    });
    t.join(); // 等待线程结束
    return 0;
}
    
   

上述代码通过std::thread创建了一个新的线程，该线程输出“Hello Concurrency World”，随后主线程等待子线程完成后再继续执行。

二、线程管理

1. 线程构造与运行

std::thread的构造函数支持传递任何函数（包括函数、函数对象和lambda表达式）。线程一旦构造后，就可以立即运行，除非调用join或detach等待其完成。

2. 线程状态管理

• join方法：等待线程结束并释放资源。
• detach方法：让线程成为守护线程，释放资源给运行时库管理。
• 未等待线程：如果既不调用join也不调用detach，线程会在栈 unwinding时调用std::terminate()终止程序。

3. 处理异常

#include 
   
    
#include 
    
     
#include 
     
      
class ThreadGuard {
public:
    ThreadGuard(std::thread& t) : t_(t) {}
    ~ThreadGuard() {
        if (t_.joinable()) {
            t_.join();
            std::cout << "Free the resource for the std::thread" << std::endl;
        }
    }
private:
    std::thread& t_;
};
int main() {
    std::thread t([]() {
        std::cout << "Hello Concurrency World" << std::endl;
    });
    ThreadGuard guard(t);
    return 0;
}
     
    
   

通过ThreadGuard类，可以在资源释放前确保线程完成。

4. RAII方式管理线程

#include 
   
    
#include 
    
     
#include 
     
      
int main() {
    std::thread *t = new std::thread([]() {
        std::cout << "Hello Concurrency World" << std::endl;
    });
    std::tr1::shared_ptr
      
        ptr(t, release_function);
    // 做其他事情...
    return 0;
}
      
     
    
   

使用std::tr1::shared_ptr，可以更方便地管理线程资源。

三、传递线程函数参数

• 按值传递：默认是拷贝传递，可以传递到线程函数。
• 引用传递：使用std::ref()强制传递引用。
• 成员函数传递：通过std::ref()传递对象指针。
• std::unique_ptr传递：使用std::move进行资源转移。

四、线程管理权转移

• std::thread不可拷贝但可移动，需谨慎操作。
• 线程作为函数返回值或参数，可实现线程管理权的转移。

五、线程数量选择

• 并行执行：通过std::vector<std::thread>创建多个线程并等待完成。
• 获取硬件线程数：std::thread::hardware_concurrency()返回可用线程数。

六、线程标识

#include 
   
    
#include 
    
     
int main() {
    std::thread t([]() {
        std::cout << "Thread ID: " << std::this_thread::get_id() << std::endl;
    });
    t.join();
    return 0;
}
    
   

通过std::this_thread::get_id()获取当前线程的标识符，方便跟踪和管理多线程程序。

总结

C++11的多线程支持极大地简化了并发编程，提供了强大的工具来利用多核计算资源。通过合理运用std::thread、join、detach等方法，可以高效管理线程资源，充分发挥并行处理的优势。