2021-05-07

C/C++ Linux/Unix pthread 建立多執行緒用法與範例

本篇 ShengYu 要介紹 C/C++ Linux/Unix pthread 建立多執行緒用法與範例，

pthread 建立新 thread 來執行一個函式
pthread 建立新 thread 來執行一個函式，且帶入參數
pthread 建立新 thread 來執行一個類別函式
pthread detach 不等待 thread 執行結束
pthread 用陣列建立多個 thread

pthread 建立新 thread 來執行一個函式

pthread 要建立新 thread 的話使用的函式為 pthread_create，
第三個參數為執行緒的函式指標，要注意的是 foo 的函式參數與回傳值類型要符合 pthread_create 的規定，
最後需要使用 pthread_join 來等待 t1 執行完成，這表示主執行緒會停在這一行，直到 t1 thread 執行完成才會往下繼續執行，

cpp-pthread_create.cpp

// g++ cpp-pthread_create.cpp -o a.out -pthread
#include <iostream>
#include <pthread.h>
using namespace std;

void * foo(void *arg) {
    cout << "foo\n";
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t t1;
    if (pthread_create(&t1, NULL, foo, NULL) != 0) {
        cerr << "Error: pthread_create\n";
    }

    pthread_join(t1, NULL);

    return 0;
}

pthread 建立新 thread 來執行一個函式，且帶入參數

這邊示範 pthread 建立新 thread 如何傳遞參數，分別是傳字串跟傳整數，

cpp-pthread_create2.cpp

// g++ cpp-pthread_create2.cpp -o a.out -pthread
#include <iostream>
#include <pthread.h>
using namespace std;

void * foo(void *arg) {
    cout << "foo, " << (char *)arg << "\n";
    return NULL;
}

void * bar(void *arg) {
    int *n = (int *)arg;
    cout << "bar, " << *n << "\n";
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t t1;
    if (pthread_create(&t1, NULL, foo, (void *)"foo thread") != 0) {
        cerr << "Error: pthread_create\n";
    }

    pthread_t t2;
    int n = 10;
    if (pthread_create(&t2, NULL, bar, &n) != 0) {
        cerr << "Error: pthread_create\n";
    }

    pthread_join(t1, NULL);
    pthread_join(t2, NULL);

    return 0;
}

輸出結果如下，

1 2	foo, foo thread bar, 10

pthread 建立新 thread 來執行一個類別函式

這邊示範 pthread_create() 在 class 裡建立 thread，並指定成員函式為 FOO::run()，FOO::run() 需要宣告成 static，

cpp-pthread_create-class.cpp

// g++ cpp-pthread_create-class.cpp -o a.out -pthread
#include <iostream>
#include <pthread.h>
using namespace std;

class FOO {
public:
    FOO(int id) {
        this->id = id;
        cout << "FOO id = " << id << "\n";
    }

    void create_thread() {
        if (pthread_create(&t1, NULL, run, this) != 0) {
            cerr << "Error: pthread_create\n";
        }
    }

    void join_thread() {
        pthread_join(t1, NULL);
    }
private:
    static void * run(void *arg) {
        FOO *self = (FOO *)arg;
        cout << "run id = " << self->id << "\n";

        return NULL;
    }

    pthread_t t1;
    int id;
};

int main() {
    FOO foo(1);
    foo.create_thread();

    foo.join_thread();

    return 0;
}

跟上例不同，這邊示範 pthread_create() 在 class 外建立 thread，並指定成員函式為 FOO::run()，

cpp-pthread_create-class2.cpp

// g++ cpp-pthread_create-class2.cpp -o a.out -pthread
#include <iostream>
#include <pthread.h>
using namespace std;

class FOO {
public:
    FOO(int id) {
        this->id = id;
        cout << "FOO id = " << id << "\n";
    }

    static void * run(void *arg) {
        FOO *self = (FOO *)arg;
        cout << "run id = " << self->id << "\n";

        return NULL;
    }
private:
    int id;
};

int main() {
    FOO foo(1);
    pthread_t t1;
    if (pthread_create(&t1, NULL, FOO::run, &foo) != 0) {
        cerr << "Error: pthread_create\n";
    }

    pthread_join(t1, NULL);

    return 0;
}

pthread detach 不等待 thread 執行結束

如果主執行緒不想等或是可以不用等待 t1 執行緒的話，
就可以使用 pthread_detach() 來讓 t1 執行緒分離，接著主執行緒就可以繼續執行，t1執行緒也在繼續執行，
也可以在 foo 裡使用 pthread_detach() 使用 pthread_self() 傳入自身的 pthread_t 即可，

// g++ cpp-pthread_create-detach.cpp -o a.out -pthread
#include <iostream>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h> // for sleep
using namespace std;

void * foo(void *arg) {
    // pthread_detach(pthread_self());
    cout << "foo 1\n";
    sleep(1);
    cout << "foo 2\n";
    //pthread_exit(NULL);
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t t1;
    if (pthread_create(&t1, NULL, foo, NULL) != 0) {
        cerr << "Error: pthread_create\n";
    }
    cout << "main 1\n";
    pthread_detach(t1);
    cout << "main 2\n";
    return 0;
}

輸出結果如下，

1
2
3

main 1
main 2
foo 1

pthread 用陣列建立多個 thread

這邊示範用陣列建立多個 thread，傳入的參數也變成陣列各自獨立，

cpp-pthread_create-array.cpp

// g++ cpp-pthread_create-array.cpp -o a.out -pthread
#include <iostream>
#include <pthread.h>
using namespace std;

void * foo(void *arg) {
    int n = *(int *)arg;
    cout << "foo, " << n << "\n";
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t threads[3];
    int args[3];
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        args[i] = i;
        if (pthread_create(&threads[i], NULL, foo, &args[i]) != 0) {
            cerr << "Error: pthread_create\n";
        }
    }

    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        pthread_join(threads[i], NULL);
    }

    return 0;
}

執行結果如下，

1
2
3

foo, 1
foo, 0
foo, 2