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C++ Multithreading

多线程是多任务处理的一种特殊形式，多任务处理功能允许您的计算机同时运行两个或多个程序。 通常，有两种类型的多任务处理:基于进程和基于线程。

基于进程的多任务处理程序的并发执行。 基于线程的多任务处理同时执行同一程序的各个部分。

多线程程序包含两个或多个可以并发运行的部分。 这样的程序的每个部分称为线程，每个线程定义一个单独的执行路径。

C ++不包含对多线程应用程序的任何内置支持。 相反，它完全依赖于操作系统来提供此功能。

本教程假设您正在使用Linux OS，我们将使用POSIX编写多线程C ++程序。 POSIX Threads或Pthreads提供的API可用于许多类似Unix的POSIX系统，如FreeBSD，NetBSD，GNU/Linux，Mac OS X和Solaris。

创建线程

以下例程用于创建POSIX线程 - 

#include <pthread.h>
pthread_create (thread, attr, start_routine, arg)

这里， pthread_create创建一个新线程并使其可执行。 可以在代码中的任何位置任意调用此例程。 以下是参数的说明 -

Sr.No 参数和描述
1

thread

子例程返回的新线程的不透明唯一标识符。

2

attr

一个opaque属性对象，可用于设置线程属性。 您可以指定线程属性对象，或者为默认值指定NULL。

3

start_routine

线程创建后将执行的C ++例程。

4

arg

可以传递给start_routine的单个参数。 它必须通过引用传递为void类型的指针转​​换。 如果不传递参数，则可以使用NULL。

进程可以创建的最大线程数取决于实现。 一旦创建，线程就是对等的，并且可以创建其他线程。 线程之间没有隐含的层次结构或依赖关系。

终止线程

我们使用以下例程来终止POSIX线程 - 

#include <pthread.h>
pthread_exit (status)

这里pthread_exit用于显式退出线程。 通常，在线程完成其工作并且不再需要存在之后调用pthread_exit（）例程。

如果main（）在它创建的线程之前完成，并且使用pthread_exit（）退出，则其他线程将继续执行。 否则，当main（）完成时，它们将自动终止。

Example

这个简单的示例代码使用pthread_create（）例程创建了5个线程。 每个主题都打印出一个“Hello World！” 消息，然后通过调用pthread_exit（）终止。 

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <pthread.h>
using namespace std;
#define NUM_THREADS 5
void *PrintHello(void *threadid) {
   long tid;
   tid = (long)threadid;
   cout << "Hello World! Thread ID, " << tid << endl;
   pthread_exit(NULL);
}
int main () {
   pthread_t threads[NUM_THREADS];
   int rc;
   int i;
   for( i = 0; i < NUM_THREADS; i++ ) {
      cout << "main() : creating thread, " << i << endl;
      rc = pthread_create(&threads[i], NULL, PrintHello, (void *)i);
      if (rc) {
         cout << "Error:unable to create thread," << rc << endl;
         exit(-1);
      }
   }
   pthread_exit(NULL);
}

使用-lpthread库编译以下程序，如下所示 - 

$gcc test.cpp -lpthread

现在，执行您的程序，它提供以下输出 - 

main() : creating thread, 0
main() : creating thread, 1
main() : creating thread, 2
main() : creating thread, 3
main() : creating thread, 4
Hello World! Thread ID, 0
Hello World! Thread ID, 1
Hello World! Thread ID, 2
Hello World! Thread ID, 3
Hello World! Thread ID, 4

将参数传递给线程

此示例显示如何通过结构传递多个参数。 您可以在线程回调中传递任何数据类型，因为它指向void，如以下示例中所述 - 

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <pthread.h>
using namespace std;
#define NUM_THREADS 5
struct thread_data {
   int  thread_id;
   char *message;
};
void *PrintHello(void *threadarg) {
   struct thread_data *my_data;
   my_data = (struct thread_data *) threadarg;
   cout << "Thread ID : " << my_data->thread_id ;
   cout << " Message : " << my_data->message << endl;
   pthread_exit(NULL);
}
int main () {
   pthread_t threads[NUM_THREADS];
   struct thread_data td[NUM_THREADS];
   int rc;
   int i;
   for( i = 0; i < NUM_THREADS; i++ ) {
      cout <<"main() : creating thread, " << i << endl;
      td[i].thread_id = i;
      td[i].message = "This is message";
      rc = pthread_create(&threads[i], NULL, PrintHello, (void *)&td[i]);
      if (rc) {
         cout << "Error:unable to create thread," << rc << endl;
         exit(-1);
      }
   }
   pthread_exit(NULL);
}

编译并执行上述代码时，会产生以下结果 - 

main() : creating thread, 0
main() : creating thread, 1
main() : creating thread, 2
main() : creating thread, 3
main() : creating thread, 4
Thread ID : 3 Message : This is message
Thread ID : 2 Message : This is message
Thread ID : 0 Message : This is message
Thread ID : 1 Message : This is message
Thread ID : 4 Message : This is message

加入和分离线程

我们可以使用以下两个例程来连接或分离线程 - 

pthread_join (threadid, status) 
pthread_detach (threadid)

pthread_join（）子例程阻塞调用线程，直到指定的threadid线程终止。 创建线程时，其中一个属性定义它是可连接还是已分离。 只能创建作为可连接创建的线程。 如果将线程创建为已分离，则永远不会将其连接。

此示例演示如何使用Pthread连接例程等待线程完成。 

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
using namespace std;
#define NUM_THREADS 5
void *wait(void *t) {
   int i;
   long tid;
   tid = (long)t;
   sleep(1);
   cout << "Sleeping in thread " << endl;
   cout << "Thread with id : " << tid << "  ...exiting " << endl;
   pthread_exit(NULL);
}
int main () {
   int rc;
   int i;
   pthread_t threads[NUM_THREADS];
   pthread_attr_t attr;
   void *status;
   // Initialize and set thread joinable
   pthread_attr_init(&attr);
   pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_JOINABLE);
   for( i = 0; i < NUM_THREADS; i++ ) {
      cout << "main() : creating thread, " << i << endl;
      rc = pthread_create(&threads[i], attr, wait, (void *)i );
      if (rc) {
         cout << "Error:unable to create thread," << rc << endl;
         exit(-1);
      }
   }
   // free attribute and wait for the other threads
   pthread_attr_destroy(&attr);
   for( i = 0; i < NUM_THREADS; i++ ) {
      rc = pthread_join(threads[i], &status);
      if (rc) {
         cout << "Error:unable to join," << rc << endl;
         exit(-1);
      }
      cout << "Main: completed thread id :" << i ;
      cout << "  exiting with status :" << status << endl;
   }
   cout << "Main: program exiting." << endl;
   pthread_exit(NULL);
}

编译并执行上述代码时，会产生以下结果 - 

main() : creating thread, 0
main() : creating thread, 1
main() : creating thread, 2
main() : creating thread, 3
main() : creating thread, 4
Sleeping in thread
Thread with id : 0 .... exiting
Sleeping in thread
Thread with id : 1 .... exiting
Sleeping in thread
Thread with id : 2 .... exiting
Sleeping in thread
Thread with id : 3 .... exiting
Sleeping in thread
Thread with id : 4 .... exiting
Main: completed thread id :0  exiting with status :0
Main: completed thread id :1  exiting with status :0
Main: completed thread id :2  exiting with status :0
Main: completed thread id :3  exiting with status :0
Main: completed thread id :4  exiting with status :0
Main: program exiting.
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