C++并发与多线程（1）——创建线程

零、注意事项

程序运行起来，生成一个进程，该进程所属的主线程开始自动运行；当主线程从main()函数返回，则整个进程执行完毕。
主线程从main()开始执行，那么我们自己创建的线程，也需要从一个函数开始运行，一旦这个函数运行完毕，线程也结束运行。
整个进程是否执行完毕的标志是：主线程是否执行完，如果主线程执行完毕了，就代表整个进程执行完毕了，此时如果其他子线程还没有执行完，也会被强行终止（此条有例外，以后会解释）。

一、创建线程的一般方法

首先要引入头文件#include，C++11中管理线程的函数和类在该头文件中声明，其中包括std::thread类。

创建线程的格式是std::thread mythread(function);，意思是创建了一个名为mythread的线程，并且线程mythread开始执行。其中可调用对象名（即括号中的function）作为第一个参数，第二个参数为该函数的第一个参数，如果该函数接收多个参数就依次写在后面。此时线程开始执行。

需要注意，线程类参数是一个可调用对象，C++中的可调用对象可以是函数、函数指针、lambda表达式、bind创建的对象或者重载了函数调用运算符的类对象。

当线程启动后，一定要在thread对象销毁前，对线程运用join()或者detach()方法。这是两种线程阻塞的方法，两者的区别在于是否等待子线程执行结束：

join()：主线程等待子线程运行完毕，子线程运行完后，主线程才可继续运行。
detach()：主线程与子线程分离，即主线程不必等待子线程运行完毕，子线程也不必理会主线程是否运行完毕。即使主线程运行完毕，子线程也可在后台继续运行。

以下程序展示了子线程的创建及执行过程：

#include <iostream>
#include <thread>
using namespace std;

void test()
{
	int i = 0;
	for(; i < 15; i++)
		cout << "test " << i << endl;
}

int main()
{
	int i = 0;
	//创建了线程，线程执行起点（入口）是test，并开始执行线程
	thread mytobj(test);
	//阻塞主线程并等待test执行完，当test执行完毕，join()就执行完毕，主线程继续往下执行
	//join意为汇合，子线程和主线程汇合
	mytobj.join();
	//一般在多线程程序中，主线程要等待子线程执行完毕，然后主线程才能向下执行
	for (; i < 10; i++)
		cout << "main " << i << endl;
	return 0;
}

程序输出的结果是可预料的：先是15个test（0-14），然后是10个main（0-9）。从程序中我们已经看到，join()方法其实更像有等待的意思，而不是加入的意思。如果我们忘记使用join()方法，编译虽然不会报错，但是执行过程中会报错，从而导致程序中止运行（abort）。

除此之外还有另外一种线程阻塞的方法：detach()方法，它有分离的意思，主线程不再和与子线程汇合，不再等待子线程。此时子线程和主线程失去关联，驻留在后台，由C++运行时库接管。

对于上面的程序，注意以下三个问题：

如果我们把上面程序中的mytobj.join();改为mytobj.detach();，那么输出结果将会是不可预料的，因为你无法预知CPU在哪个时刻切换到哪个线程执行，因此很可能会出现输出内容打印不全的问题。因此，我们初学时一般不用detach，它违背了传统多线程程序的规律。
如果主线程比子线程先结束，那子线程剩余未输出的内容将不会显示在控制台窗口里，因为控制台窗口受主线程控制，主线程结束后控制台的输出也就结束了。所以，每次输出结果都会不一样。
在创建线程时，如果thread类传入的参数含有引用或指针，则子线程中的数据依赖于主线程中的内存，主线程结束后会释放掉自身的内存空间，则子线程会出现错误。例如以下程序：

#include <iostream>
#include <thread>
using namespace std;

void print(int &x)
{
	cout << "print" << x << endl;
}

int main()
{
	int a = 10;
	thread mythread(print, a);
	mythread.join();
	cout << "main" << endl;
	return 0;
}

在VS2019环境中可以编译通过，但是运行时会发生错误。初步原因应该是main线程结束后释放了内存空间，使得print线程无法引用main线程的内存。解决方法：（1）去掉&后恢复正常；（2）将语句thread mythread(print, a);修改为thread mythread(print,ref(a));。关于ref函数的问题我以后再去研究研究。

二、判断线程是否可以join或detach

上面我们说了，detach()方法使用后，子线程与主线程独立运行，互相不受影响。join()和detach()两者中只能调用其中一个且只能调用一次，如果子线程分离（detach）后，再想调用join，是不行的；相反地，如果子线程join了以后再想detach也是不行的，这两种情况程序运行的会报错。幸好C++11为我们提供了一种判断方法。

thread类提供了joinable()方法，用以判断某个线程是否可以join或detach。若可以使用其中一个，则返回true；若都不可以使用，则返回false。

下面为一个例子：

#include <iostream>
#include <thread>
using namespace std;

void test()
{
	int i = 0;
	for(; i < 15; i++)
		cout << "test " << i << endl;
}

int main()
{
	int i = 0;
	thread mytobj(test);
	mytobj.detach();
	//joinable()判断是否可以成功使用join()或者detach()
	//如果返回true，证明可以调用join()或者detach()
	//如果返回false，证明调用过join()或者detach()，join()和detach()都不能再调用了
	if (mytobj.joinable() == true)
		cout << "join success" << endl;
	else
		cout << "join fail" << endl;
	for (; i < 10; i++)
		cout << "main " << i << endl;
	return 0;
}

程序的输出结果会有join fail。

三、创建线程的其他方法

1.类创建线程

使用该方法之前，首先需要重载括号运算符，否则在创建线程时圆括号不能被编译器解释。下面是一个例子：

#include <iostream>
#include <thread>
using namespace std;

class TA {
public:
	int &i;
	TA(int &mi) :i(mi) {
		cout << "构造函数！" << this << endl;
	}

	TA(const TA &ta) :i(ta.i) {
		cout << "拷贝构造函数！" << this <<endl;
	}

	~TA()
	{
		cout << "析构函数！" << endl;
	}

	void operator ()() const 
	{
		for (int i = 0; i < 15; i++)
			cout << "重载运算符" << i << endl;
	}
};

int main()
{
	int i = 6;
	TA a(i);
	
    //创建线程时会调用拷贝构造函数
	thread mytobj(a);
	mytobj.join();

	for (int i = 0; i < 10; i++)
		cout << "main " << i << endl; 

	return 0;
}

容易发现，主线程中的对象和子线程中的对象的地址是不一样的。

2.lambda（匿名函数）表达式创建线程

下面是一个例子：

auto lambdaThread = [] {
		cout << "我的线程开始执行了" << endl;
		//。。。
		//。。。
		cout << "我的线程开始执行了" << endl;
	};

	thread myThread(lambdaThread);
	myThread.join();