C系列多线程编程API | Pthread库 | SLie's Blog|琴弦之轮

前言

本文仅针对pthread库的使用做出必要指导，并且居然较大的主观性。观看前默认阅读者已经知晓进程、线程以及多线程的相关基础知识，具体可以参阅站内文章：

进程与线程相关知识|操作系统

https://qslie.top/posts/b9fcd360/

本文介绍的pthread是基于 POSIX 操作系统的多线程API，事实上，在C++11之后的标准库中已经集成了多线程库std::thread，但本文并未涉及。

POSIX 表示可移植操作系统接口 ( Portable Operating System Interface of UNIX，缩写为 POSIX )

目前主流的 Linux 和 Mac OS 都属于 POSIX 系统

值得注意的是，Windows系统并不是POSIX类型的操作系统，因此想要在windows系统上使用pthread需要安装相应的链接库。如果你没有这方面的困扰，就跳过该部分。

在Windows下配置pthread

pthreads-w32 下载

进入官网下载对应的pthreads-w32资源：

下载

配置头文件及静态链接库

待更，见文末参考资料处

快速使用

引用

基于 POSIX 开发多线程程序需要加载 <pthread.h>
1
#include <pthread.h>
pthread 提供了一个类型 pthread_t 用来表示一个线程
pthread 库不是 Linux 和 Mac OS 系统默认的库，编译连接时需要加上静态库 libpthread.a，例如：
1
g++ main.cpp -lpthread

VScode中配置链接库

待更

创建线程

pthread.h 提供了 pthread_create() 函数用于创建一个 POSIX 线程，并立即让它执行

1	pthread_create (thread, attr, start_routine, arg)

创建线程成功时，函数返回 0，若返回值不为 0 则说明创建线程失败

参数	描述
`thread`	指向线程标识符指针
`attr`	一个不透明的属性对象，用来设置线程属性可以指定线程属性对象，也可以传递 `NULL`
`start_routine`	线程运行函数起始地址，一旦线程被创建就会执行
`arg`	运行函数的参数，它必须通过把引用作为指针强制转换为 void 类型进行传递如果没有传递参数，可以使用 `NULL`

终止线程

pthread_exit() 函数可以用来显式地终止一个 POSIX 线程。通常情况下，pthread_exit() 函数是在线程完成工作后无需继续存在时被调用。

1	pthread_exit (status)

如果 main() 是在它所创建的线程之前结束，并通过 pthread_exit() 退出，那么其他线程将继续执行。否则，它们将在 main() 结束时自动被终止。

实例

#include <iostream>
#include <pthread.h>
using namespace std;

//自定义的线程函数
void* helloworld(void* args){
    cout << "hello,i am a thread code!" << endl;
    return NULL;
}

//主函数
int main(void){
    
    //定义线程的id变量
    pthread_t tid;
    
    //创建线程
    //参数依次是：创建的线程id，线程参数，调用的函数，传入的函数参数
    int ret = pthread_create(&tid,NULL,helloworld,NULL);
    
    //考虑创建失败的情况
    if(ret != 0){
        cout << "Error:线程创建失败 [error code:" << ret << "]" << endl;
        exit(-1);
    }
    
    //等线程退出后，进程才结束。
    //否则进程强制结束，即主程序直接return 0后，线程可能还没运行结束就被强制结束；
    pthread_exit(NULL);
}

传递参数

在上文中，我们了解到pthread_create()函数可以传入参数给线程函数，而线程函数如helloworld()可以传入void* args参数。

此外，可以见得：传入的参数被限定为void*类型，这是pthread的规定。

因此，综合以上几点我们可以利用C++的类型转换传递给线程函数几乎所有数据结构的参数，具体操作方式如下：

定义需要传递参数的结构体，并在main()中创建实例；
将实例的指针强制转换为void*类型，作为参数传递给pthread_create()；
在具体的线程函数中，将接受到的args指针再强制转换为原来的结构体类型的指针从而进行数据还原。

实例

#include <iostream>
#include <pthread.h>

using namespace std;

//线程数据
typedef struct thread_data{
    int thread_id;
    char* message;
}threadData;

//线程函数
void* getMessage(void* args){
    threadData* myGetData;
    myGetData = (threadData*)args;//将数据指针转换回正确的指针类型
    cout << "线程ID:" << myGetData->thread_id;
    cout << ",接收消息为:" << myGetData->message << endl;
    pthread_exit(NULL);
}
//主函数
int main(void){
    pthread_t tid[3];//创建3个线程
    threadData args[3] = {
                        {1,(char*)"aaa"},
                        {2,(char*)"bbb"},
                        {3,(char*)"ccc"}
                    };//创建3个线程应该接收的参数
    //分别创建线程
    for(int i = 0; i < 3; i++){
        //将参数的指针转为void*类型
        int ret = pthread_create(&tid[i],NULL,getMessage,(void*)&args[i]);
        if(ret){
            cout << "Error:线程创建失败 [error code:" << ret << "]" << endl;
            exit(-1);
        }
    }
    pthread_exit(NULL);
}

结果如下：

$ g++ -g test.cpp -lpthread -o test
$ ./test

 线程ID:2,接收消息为:bbb
 线程ID:1,接收消息为:aaa
 线程ID:3,接收消息为:ccc

连接与分离

待更

进程同步

互斥与同步机制基本函数

函数	说明
pthread_mutex_init()	互斥锁的初始化
pthread_mutex_lock()	锁定互斥锁，如果尝试锁定已经被上锁的互斥锁则阻塞至可用为止
pthread_mutex_trylock()	非阻塞的锁定互斥锁
pthread_mutex_unlock()	释放互斥锁
pthread_mutex_destory()	互斥锁销毁函数

信号量线程控制(默认无名信号量)

函数	说明
sem_init(sem)	初始化一个定位在sem的匿名信号量
sem_wait()	把信号量减1操作，如果信号量的当前值为0则进入阻塞，为原子操作
sem_trywait()	如果信号量的当前值为0则返回错误而不是阻塞调用(errno=EAGAIN),其实是sem_wait()的非阻塞版本
sem_post()	给信号量的值加1，它是一个“原子操作”，即同时对同一个信号量做加1,操作的两个线程是不会冲突的
sem_getvalue(sval)	把sem指向的信号量当前值放置在sval指向的整数上
sem_destory(sem)	销毁由sem指向的匿名信号量