关于std::thread的二三事

写在前面

很早之前写过一篇关于线程池文章，《基于C++11实现线程池》，一直被网友翻出来，对里面的一些细节实现提了许多问题。其实更推荐大家去阅读后来写的另外一篇关于线程池的文章，《当我谈线程池时我谈些什么——线程池学习笔记》。原因很简单，写第一篇线程池文章的时候，自己属实是菜的不行（现在依旧是菜的不行），花了很长时间去学习一些里面用到的C++11的新语法，文章里面讲的重点也是涉及到的C++11语法。所以，更关心线程池本身的实现的话，更适合去看新文章《当我谈线程池时我谈些什么——线程池学习笔记》，作为现代C++语法的新学者，想花更多精力在学习现代C++语法的话，适合去看老文章《基于C++11实现线程池》。

言归正传，在那篇老文章里有挺多网友提了一些std::thread相关的问题。今天看了会cppreference，写了点代码实践了下，集中回答了一些问题，顺便水篇文章算是学习笔记了。

std::thread对象构建的新线程何时开始执行

线程在构造关联的线程对象时立即开始执行，从提供给作为构造函数参数的顶层函数开始。

有几点需要注意：

顶层函数的返回值将被忽略，而且若它以抛异常终止，则调用std::terminate。在需要获取返回值时，顶层函数可以通过std::promise或者修改共享变量（可能需要锁机制进行线程同步）。
当使用不带参数的默认构造函数thread()构造std::thread对象时，该对象不表示任何线程，也不会有新线程产生。
当时用移动构造函数thread(thread&&other)构造std::thread对象时，该对象会被构造为表示曾为other所表示的执行线程的std::thread对象。此调用后other不再表示执行线程。
std::thread对象不可复制（复制构造函数已被删除）。没有两个std::thread对象会表示同一执行线程。

std::thread对象构建新线程时可以传入什么东西作为参数

std::thread常用的构造函数如下：

1 2	template< class Function, class... Args > explicit thread( Function&& f, Args&&... args );

其中，f为任意可调用对象（Callable），args为任意数目的作为可调用对象f的参数。

可调用对象（Callable）是C++的一个具名要求，常见的函数、成员函数、仿函数（函数对象）都属于可调用对象。

函数

传入函数的情况最常见也最简单，例如：

void f1(int n)
{
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        std::cout << "Thread 1 executing\n";
        ++n;
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));
    }
}

int main()
{
   int n = 0;
   std::thread t(f1, n + 1);
   t.join();
   return 0;
}

仅需将函数名与函数参数分别传入即可。

成员函数

当需要传入类时，有两种情况，第一种是比较复杂的情况，我们需要传入类的成员函数。例如：

class foo
{
public:
    void bar()
    {
        for (int i = 0; i < 5; ++i) {
            std::cout << "Thread 3 executing\n";
            ++n;
            std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));
        }
    }
    int n = 0;
};

int main()
{
    int n = 0;
    foo f;
    std::thread t(&foo::bar, &f); // t 在对象 f 上运行 foo::bar()
   	t.join();
    return 0;
}

我们需要以std::thread(&类名::成员函数名, &类实例)的格式传入新线程。

仿函数（函数对象）

仿函数（或称函数对象）便是传入类的第二种情况，此时该类的工作比较简单（单一，并非指实际工作难度），例如标准库中的std::function, std::bind等，又例如第一篇文章中的ThreadWorker类。成为仿函数的类，一般来说需要**重载函数调用运算符()**。在std::thread对象构建新线程后，会自动进行INVOKE操作执行传入的可调用对象。INVOKE操作执行对象为仿函数时，会自动调用仿函数重载的函数调用运算符operator()。例如：

class baz
{
public:
    void operator()()
    {
        for (int i = 0; i < 5; ++i) {
            std::cout << "Thread 4 executing\n";
            ++n;
            std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));
        }
    }
    int n = 0;
};
 
int main()
{
    std::thread t(b); // t 在对象 b 的副本上运行 baz::operator()
    t.join();
    return 0;
}

需要注意的是，新线程运行的仿函数实际上是传入时指定的仿函数的副本，这同时也就要求该仿函数是可拷贝的。

函数参数传引用

std::thread对象构造新线程时，会移动或按值复制线程函数的参数。若需要传递引用参数给线程函数，则必须包装它（例如用std::ref或std::cref）。例如：

void f2(int& n)
{
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        std::cout << "Thread 2 executing\n";
        ++n;
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));
    }
}

int main()
{
    int n = 0;
    std::thread t(f2, std::ref(n)); // 按引用传递
    t.join();
    return 0;
}

暂时就总结了这些，后续若有内容再更新。

std::thread-cppreference.com

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C++内存模型