C++：线程(thread)的创建、调用及销毁

在 C++ 中，线程的管理主要依赖于标准库 std::thread，自 C++11 起，这一功能被标准化，使得我们能够更加方便地创建、管理和销毁线程。这里我们详细讲解线程的创建、调用和销毁流程。

1. 线程的创建

创建线程通常是为了在单独的线程中执行某个任务。我们可以通过 std::thread 对象来创建一个新的线程。一个线程可以从以下几种类型的可调用对象启动：

• 普通函数
• Lambda 表达式
• 函数对象
• 类的成员函数

1.1 使用普通函数

#include <iostream>
#include <thread>void printMessage() {std::cout << "Hello from thread!" << std::endl;
}int main() {std::thread myThread(printMessage); // 创建一个线程并启动 printMessagemyThread.join();                    // 等待线程完成return 0;
}

• std::thread myThread(printMessage) 创建一个线程对象 myThread，并启动执行 printMessage 函数。
• myThread.join() 等待线程完成。如果没有调用 join() 或 detach()，程序在结束时会崩溃。

1.2 使用 Lambda 表达式

#include <iostream>
#include <thread>int main() {std::thread myThread([]() {std::cout << "Hello from lambda!" << std::endl;});myThread.join();return 0;
}

• 这里我们创建了一个线程并使用 lambda 表达式作为线程函数。Lambda 允许我们在局部作用域中定义线程任务。

1.3 使用函数对象

#include <iostream>
#include <thread>class PrintTask {
public:void operator()() const {std::cout << "Hello from function object!" << std::endl;}
};int main() {std::thread myThread(PrintTask()); // 创建线程并启动myThread.join();return 0;
}

• 这是通过重载 operator() 来定义一个可调用的对象，该对象可以直接用来创建线程。

1.4 使用类的成员函数

#include <iostream>
#include <thread>class MyClass {
public:void memberFunction() {std::cout << "Hello from member function!" << std::endl;}
};int main() {MyClass obj;std::thread myThread(&MyClass::memberFunction, &obj); // 需要传递对象指针myThread.join();return 0;
}

• 如果是成员函数，则需要传递对象指针。&MyClass::memberFunction 表示成员函数地址，&obj 是指向 MyClass 实例的指针。

2. 线程的调用

• 线程的参数传递：你可以向线程函数传递参数，它们会按照值传递的方式进行复制。为了传递引用，可以使用 std::ref 或 std::cref。

#include <iostream>
#include <thread>void printNumber(int n) {std::cout << "Number: " << n << std::endl;
}int main() {int value = 42;std::thread myThread(printNumber, value);myThread.join(); // 等待线程完成return 0;
}

• 捕获引用：

void increment(int& n) {++n;
}int main() {int value = 0;std::thread myThread(increment, std::ref(value));myThread.join();std::cout << "Value after increment: " << value << std::endl;return 0;
}

这里 std::ref 确保 value 以引用的形式传递。

3. 线程的同步

• join()：主线程会等待 myThread 结束。join 是同步机制，用于确保线程完成后主线程才会继续。

std::thread myThread(task);
myThread.join();

• detach()：将线程从主线程分离，让它独立运行。独立运行的线程在后台执行，主线程不再等待它完成。需谨慎使用，可能引发访问冲突。

std::thread myThread(task);
myThread.detach();

4. 线程的销毁

• 当 std::thread 对象离开作用域时，如果没有调用 join() 或 detach()，程序会触发异常终止。
• 使用 join() 可以让主线程等待子线程完成，从而安全地销毁线程。
• 使用 detach() 可以将线程从 std::thread 对象中分离，使其成为独立线程。调用 detach() 后，std::thread 对象不再管理该线程。

5. 线程的生命周期管理

• RAII：考虑使用 RAII 类管理线程生命周期，确保在对象析构时 join() 或 detach() 线程，从而避免泄漏和不正确的管理。

class ThreadGuard {
public:explicit ThreadGuard(std::thread& t) : thread(t) {}~ThreadGuard() {if (thread.joinable()) {thread.join();}}private:std::thread& thread;
};

6. 线程的注意事项

• 避免数据竞争和同步问题：线程共享数据时要小心。可以使用 std::mutex 进行保护，或者使用其他同步机制如 std::lock_guard。
• 避免内存泄漏：如果使用 new thread()，确保 delete 以释放分配的内存。
• 检查 joinable() 状态：调用 join() 或 detach() 前，可以用 joinable() 检查线程状态。

 7. 示例总结

#include <iostream>
#include <thread>void task(int id) {std::cout << "Thread " << id << " is running." << std::endl;
}int main() {std::thread t1(task, 1); // 创建线程并传递参数std::thread t2(task, 2);t1.join(); // 等待 t1 完成t2.join(); // 等待 t2 完成return 0;
}

8. 线程管理总结

• 使用 std::thread 创建和管理线程。
• join() 和 detach() 用于控制线程的生命周期。
• 避免重复 join() 或 detach()，确保资源管理得当。
• 使用同步机制保护共享数据的访问。

通过这种方式，你可以更灵活地创建、管理和销毁 C++ 线程，确保程序的并发性和资源管理的安全性。