C++11多線程教學
轉自：http://www.cnblogs.com/lidabo/p/3908705.html
本篇教學代碼可在GitHub獲得：https://github.com/sol-prog/threads。
在之前的教學中，我展示了一些最新進的C++11語言內容：
- 1. 正則表達式（http://solarianprogrammer.com/2011/10/12/cpp-11-regex-tutorial/）
- 2. raw string（http://solarianprogrammer.com/2011/10/16/cpp-11-raw-strings-literals-tutorial/）
- 3. lambda（http://solarianprogrammer.com/2011/11/01/cpp-11-lambda-tutorial/）
也許支持多線程是C++語言最大的變化之一。此前，C++只能利用操作系統的功能（Unix族系統使用pthreads庫），或是例如OpenMP和MPI這些代碼庫，來實現多核計算的目標。
本教程意圖讓你在使用C++11線程上起個頭，而不是只把語言標準在這裏繁復地羅列出來。
創建和啟動一條C++線程就像在C++源碼中添加線程頭文件那麽簡便。我們來看看如何創建一個簡單的帶線程的HelloWorld：
#include《iostream》
#include《thread》
//This function will be called from a thread
//該函數將在一條線程中得到調用
void call_from_thread() {
std::cout << "Hello, World" << std::endl;
}
int main() {
//Launch a thread
//啟動一條線程
std::thread t1(call_from_thread);
//Join the thread with the main thread
//和主線程協同
t1.join();
return 0;
}
在Linux系統中，上列代碼可采用g++編譯：
g++ -std=c++0x -pthread file_name.cpp
在安裝有Xcode4.x的麥金系統上，可用clang++編譯上述代碼：
clang++ -std=c++0x -stdlib=libc++ file_name.cpp
視窗系統上，可以利用付費代碼庫，just::thread，來編譯多線程代碼。但是很不走運，他們沒有提供代碼庫的試用版，我做不了測試。
在真實世界的應用程序中，函數“call_from_thread”相對主函數而言，獨立進行一些運算工作。在上述代碼中，主函數創建一條線程，並在t1.join()處等待t1線程運行結束。如果你在編碼中忘記考慮等待一條線程結束運行，主線程有可能搶先結束它自己的運行狀態，整個程序在退出的時候，將殺死先前創建的線程，不管函數“call_from_thread”有沒有執行完。
上面的代碼比使用POSIX線程的等價代碼，相對來說簡潔一些。請看使用POSIX線程的等價代碼：
//This function will be called from a thread
void *call_from_thread(void *) {
std::cout << "Launched by thread" << std::endl;
return NULL;
}
int main() {
pthread_t t;
//Launch a thread
pthread_create(&t, NULL, call_from_thread, NULL);
//Join the thread with the main thread
pthread_join(t, NULL);
return 0;
}
我們通常希望一次啟動多個線程，來並行工作。為此，我們可以創建線程組，而不是在先前的舉例中那樣創建一條線程。下面的例子中，主函數創建十條為一組的線程，並且等待這些線程完成他們的任務（在github代碼庫中也包含這個例子的POSIX版本）：
...
static const int num_threads = 10;
...
int main() {
std::thread t[num_threads];
//Launch a group of threads 啟動一組線程
for (int i = 0; i < num_threads; ++i) {
t[i] = std::thread(call_from_thread);
}
std::cout << "Launched from the mainn";
//Join the threads with the main thread
for (int i = 0; i < num_threads; ++i) {
t[i].join();
}
return 0;
}
記住，主函數也是一條線程，通常叫做主線程，所以上面的代碼實際上有11條線程在運行。在啟動這些線程組之後，線程組和主函數進行協同（join）之前，允許我們在主線程中做些其他的事情，在教程的結尾部分，我們將會用一個圖像處理的例子來說明之。
在線程中使用帶有形參的函數，是怎麽一回事呢？C++11允許我們在線程的調用中，附帶上所需的任意參數。為了舉例說明，我們可以修改上面的代碼，以接受一個整型參數（在github代碼庫中也包含這個例子的POSIX版本）：
static const int num_threads = 10;
//This function will be called from a thread
void call_from_thread(int tid) {
std::cout << "Launched by thread " << tid << std::endl;
}
int main() {
std::thread t[num_threads];
//Launch a group of threads
for (int i = 0; i < num_threads; ++i) {
t[i] = std::thread(call_from_thread, i);
}
std::cout << "Launched from the mainn";
//Join the threads with the main thread
for (int i = 0; i < num_threads; ++i) {
t[i].join();
}
return 0;
}
在我的系統上，上面代碼的執行結果是：
Sol$ ./a.out
Launched by thread 0
Launched by thread 1
Launched by thread 2
Launched from the main
Launched by thread 3
Launched by thread 5
Launched by thread 6
Launched by thread 7
Launched by thread Launched by thread 4
8L
aunched by thread 9
Sol$
能看到上面的結果中，程序一旦創建一條線程，其運行存在先後秩序不確定的現象。程序員的任務就是要確保這組線程在訪問公共數據時不要出現阻塞。最後幾行，所顯示的錯亂輸出，表明8號線程啟動的時候，4號線程還沒有完成在stdout上的寫操作。事實上假定在你自己的機器上運行上面的代碼，將會獲得全然不同的結果，甚至是會輸出些混亂的字符。原因在於，程序內的11條線程都在競爭性地使用stdout這個公共資源（案：Race Conditions）。
要避免上面的問題，可以在代碼中使用攔截器（barriers），如std:mutex，以同步（synchronize）的方式來使得一群線程訪問公共資源，或者，如果可行的話，為線程們預留下私用的數據結構，避免使用公共資源。我們在以後的教學中，還會講到線程同步問題，包括使用原子操作類型（atomic types）和互斥體（mutex）。
從原理上講，編寫更加復雜的並行代碼所需的概念，我們已經在上面的代碼中都談到了。
如果有興趣學習新的C++11語法，我建議閱讀《Professional C++》，或《C ++ Primer Plus》。C++11多線程主題方面，建議閱讀《C++ Concurrency in Action》，這是一本好書。
C++11多線程教學