多线程 - 线程参数与数据

LincZero大约 6 分钟

多线程 - 线程参数与数据

线程传参

临时对象（值传递）

引用传递（错误写法）

#include <iostream>
#include <thread>			// 线程头文件

using namespace std;

void myprint(const int &i, char *pmybuf)	// 带参数的线程的初始函数
{
    cout << i << endl;						// 输出：1 				【调试】&i = 0x0072d9e
    cout << pmybuf << endl;					// 输出：this is a test!	【调试】&pmybuff = 0x004ffb64
}
    
int main()
{
    int mvar = 1;							// 【调试】&mvar = 0x0022fa58 {1}
    int &mvary = mvar;						// 【调试】&mvary = 0x0022fa58 {1}
    char mybuf[] = "this is a test!";		// 【调试】&mybuff = 0x004ffb64
    thread mythread(myprint, mvar, mybuf);	// 注意这里传参会有点不一样
    mythread.detach();
    cout << "主线程" << endl;
    return 0;
}

存在问题
- i，看似引用传参，但实际上是值传递，指向的不是同一地址！
- pmybuf，是真正的引用传参
- 不推荐用引用、detach子线程中绝对不可以用指针
解决方案
- 简单类型传值，传字符串时参数为const string &pmybuf，打印pmybuf.c_str()
- 这里要加const的原因：略

隐式转换传递（错误写法）

#include <iostream>
#include <thread>			// 线程头文件
using namespace std;

void myprint(const int i, const string &pmybuf)	// 带参数的线程的初始函数
{
    cout << i << endl;						// 输出：1 				【调试】&i = 0x0072d9e
    cout << pmybuf.c_str() << endl;			// 输出：this is a test!	【调试】&pmybuff = 不同
}

int main(){
    int mvar = 1;							// 【调试】&mvar = 0x0022fa58 {1}
    int &mvary = mvar;						// 【调试】&mvary = 0x0022fa58 {1}
    char mybuf[] = "this is a test!";		// 【调试】&mybuff = 0x004ffb64
    thread mythread(myprint, mvar, mybuf);	// 注意这里传参会有点不一样
    mythread.detach();
    cout << "主线程" << endl;
    return 0;
}

存在问题
- mybuf什么时候转换成string？有可能主线程结束后，mybuf被回收后才转换成string，此时会出问题
解决方案
- 直接转换，不要隐式转换。因为隐式转换的过程会在子线程中

显示类型转换为临时变量（正确写法）

#include <iostream>
#include <thread>			// 线程头文件
using namespace std;

void myprint(const int i, const string &pmybuf)
{
    cout << i << endl;
    cout << pmybuf.c_str() << endl;					// 【调试】00C0D298
}

int main(){
    int mvar = 1;
    int &mvary = mvar;
    char mybuf[] = "this is a test!";
    thread mythread(myprint, mvar, string(mybuf));	// 直接转换，不要隐式转换	【调试】0079F6D0
    mythread.detach();
    cout << "主线程" << endl;
    return 0;
}

隐式转换和显式转换区别（可以用线程id来调试一下并验证）
- 隐式转换
  - string类的活动：一次类型转换构造函数（传参时 子线程）、一次析构函数（子线程）
- 显示转换
  - string类的活动：进行一次类型转换构造函数（主线程）、一次复制构造函数（传参时 主线程）、两次析构函数（一次主线程、一次子线程）
- 区别原因
  - 显示转换写法中，能确保类型转换后立刻调用复制构造函数。因为这里的复制构造函数不是传参引发的，而是Thread构造函数内部的一个行为
  - 但隐式转换写法中，类型转换构造函数不是Thread完成的，和普通函数一样不能确保传参后立刻调用
结论
- 传递int这种简单类型参数，值传递
- 不建议使用detach

类对象（ref函数传递）

拷贝构造写法（地址不同）

#include <iostream>#include <thread>			// 线程头文件
using namespace std;void myprint(const int i, const string &pmybuf){
    cout << "《子线程》" << endl
        <<"《线程id》"<<std::this_thread:get_id()<<endl;
}

class A						// 要传递的类对象
{
public:
    mutable int m_i;
    A(int a):m_i(a){
        cout<<"【构造函数】"<<endl
            <<"【地址】"<<this<<endl
            <<"【线程id】"<<std::this_thread:get_id()<<endl;
    }
    A(const A &a):m_i{
        cout<<"【复制构造函数】"<<endl
            <<"【地址】"<<this<<endl
            <<"【线程id】"<<std::this_thread:get_id()<<endl;
    }
    ~A(){
        cout<<"【析构函数】"<<endl
            <<"【地址】"<<this<<endl 
            <<"【线程id】"<<std::this_thread:get_id()<<endl;
    }
}

int main(){
    A aObj(10);		// 类对象
    thread mythread(myprint, aObj);				// 直接传
    mythread.join();
    cout << "《主线程》" << endl
        <<"《线程id》"<<std::this_thread:get_id()<<endl;
    return 0;
}

调试结果
- 类对象一次构造函数（主线程）、一次拷贝构造函数（子线程）、两次析构函数（主线程、子线程各一次），两次构造的对象地址不同
- 这种写法可以用detach

ref写法（地址相同）

int main(){
    A aObj(10);		// 类对象
    thread mythread(myprint, std::ref(aObj));	// 【修改】ref，真正的引用传递，令得主线程和子线程公用同一个地址的同一个对象
    mythread.join();
    cout << "《主线程》" << endl
        <<"《线程id》"<<std::this_thread:get_id()<<endl;
    return 0;
}

调试结果
- 主线程和子线程公用同一个地址的同一个对象
- 类对象一次构造函数（主线程）、一次析构情况（主线程）
- 这种写法不能用detach，会出错
深层原理
- 传递类对象时，避免隐式类型转换。创建线程时构建临时对象，并用引用来接
  线程初始函数用引用来接，这里的引用并没有失效。如果用值传递的话，会有三次构造函数！一次默认构造、两次复制构造
  这里其中的一次复制构造函数不是传参造成的，而是新建线程时的默认行为：thread构造函数内部会有一个构造tuple
选用
- 类对象全部使用ref()就挺好的

智能指针（move函数传递）

错误写法

int main(){
    unique_ptr<int> ap(new int(100));			// 智能指针
    thread mythread(myprint, ap);				// 直接传，会报错。报错原因：unique不支持拷贝构造函数
    mythread.join();
    cout << "《主线程》" << endl
        <<"《线程id》"<<std::this_thread:get_id()<<endl;
    return 0;
}

报错原因
- unique不支持拷贝构造函数

移动语义方案

int main(){    
    unique_ptr<int> ap(new int(100));			// 智能指针
    thread mythread(myprint, std::move(ap));	// 【修改】移动语义方案（本质是所有权转移）
    mythread.join();
    cout << "《主线程》" << endl
        <<"《线程id》"<<std::this_thread:get_id()<<endl;
    return 0;
}

调试结果
- 主线程和子线程的智能指针指向同一块地址
- 这种写法不能用detach，会出错
危险性
- 线程都有独立堆栈空间，主线程的智能指针指向主线程堆栈空间，在std::move后主线程智能指针为空
- 但通过new分配的内存依然在主线程中，子线程指针指向的内存在主线程中
- 当主线程结束后，内存回收，子线程智能指针指向的是主线程地址，会导致程序错乱
- 总结：也就是说当主线程和子线程存在共享内存数据时，绝对不能用detach()

共享参数

只读数据

直接使用即可，加上const更安全

#include <iostream>
#include <thread>			// 线程头文件
using namespace std;
vector <int> g_v = {1,2,3};	// 【共享数据】不传参也可被线程直接使用

void myprint(const int i){
    cout << "《子线程》" << endl
        <<"《线程id》"<<std::this_thread:get_id()<<endl;
    cout << g_v[0] << endl;	// 【共享数据】直接使用
}

int main(){
    vector <thread> mythreads;
    for(int i=0; i<10; i++)
    {
        mythreads.push_back(thread(myprint, i));
    }
    for(auto iter=mythreads.begin(); iter!=mythreads.end(); iter++)
    {
        iter->join();
    }
    cout << "《主线程》" << endl 
        <<"《线程id》"<<std::this_thread:get_id()<<endl;
    return 0;
}

可读可写（互斥量加锁）

这种情况下，代码写得有问题会很容易导致程序崩溃

关键处理：读的时候不能写、写的时候不能读/写
深层原因：写的操作不原子性，可能正在写的时候任务切换，发生问题
解决方案：用互斥量加线程锁，将共享数据的操作锁住

应用举例

比如火车有10个售票窗口（或者电影院网上订座），当订座时不能冲突