Linux C 编程 - 线程（linux c++多线程编程）

• 概念

线程库函数是由POSIX标准定义的，称为POSIX thread或者pthread。在Liunx上线程函数位于libpthread共享库中，因此在编译时要加上-lpthread选项。

• 线程控制

1. 创建线程

#include <pthread.h>
 
int pthread_create(pthread_t *restrict thread,
    const pthread_attr_t *restrict attr,
    void *(*start_routine)(void*), void *restrict arg);

返回值：成功返回0，失败返回错误号。以前学过的系统函数都是成功返回0，失败返回-1，而错误号保存在全局变量errno中，而pthread库的函数都是通过返回值返回错误号，虽然每个线程也都有一个errno, 但这是为了兼容其它函数接口而提供的，pthread库本身并没有使用它，通过返回值返回错误码更加清晰。

pthread_create成功返回后，新创建的线程id被填写到thread参数所指向的内存单元。进程id的类型是pid_t, 每个进程的id在整个系统中是唯一的，调用getpid可以获得当前进程的id, 是一个正整数值。线程id的类型是thread_t, 它只在当前进程中保证是唯一的，在不同的系统中thread_t 这个类型有不同的实现，它可能是一个整数值，也可能是一个结构体，也可能是一个地址，所以不能简单地当成整数用printf打印，调用pthread_self可以获取当前线程的id。

attr参数表示线程属性，传NULL给attr参数，表示线程属性取缺省值。

#include<stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/types.h>

pthread_t c_pid;

void *printargs(void *msg)
{
  char *str = (char *)msg;
  printf("pthread_self() = %u\n", (unsigned int)pthread_self());
  printf("str = %s\n", str);

  return NULL;
}

int main()
{
  int ret = 0;
  pid_t pid;

  /* get process id */
  pid = getpid();

  ret = pthread_create(&c_pid, NULL, printargs, "hello world");
  if (ret)
  {
    printf("create thread failed!!!\n");
  }

  printf("pid = %d\n", pid);
  sleep(1);

  return 0;
}

编译运行结果：

$ gcc thread_test.c -lpthread -o thread_test
$ ./thread_test
pid = 29534
str = hello world

#include<stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/types.h>

pthread_t c_pid;

void *printargs(void *msg)
{
  char *str = (char *)msg;
  printf("str = %s\n", str);

  printf("pthread_self() = %u\n", (unsigned int)pthread_self());
  return NULL;
}

int main()
{
  int ret = 0;
  pid_t pid;

  /* get process id */
  pid = getpid();

  ret = pthread_create(&c_pid, NULL, printargs, "hello world");
  if (ret)
  {
    printf("create thread failed!!!\n");
  }

  printf("pid = %u\n", (unsigned int)pid);
  printf("c_pid = %u\n", (unsigned int)c_pid);
  sleep(1);

  return 0;
}

编译运行结果：

$ gcc thread_test.c -lpthread -o thread_test
$ ./thread_test
pid = 31001
c_pid = 2695579392
str = hello world
pthread_self() = 2695579392

存在全局变量中ntid中保存的新创建的线程id, 和在新创建的线程中使用pthread_self获取到的线程id 是完全相同的。

如果任意一个线程调用了exit或_exit，则整个进程的所有线程都都终止了，由于从main函数return 也相当于调用exit, 为了防止新创建的线程还没有得到执行就终止，我们在main函数return 之前延时1秒，即使主线程等待1秒，内核也不一定会调度新创建的线程执行，下面我们进行以下优化。

#include<stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/types.h>

pthread_t c_pid;

void *printargs(void *msg)
{
  char *str = (char *)msg;
  printf("str = %s\n", str);

  printf("pthread_self() = %u\n", (unsigned int)pthread_self());
  return NULL;
}

int main()
{
  int ret = 0;
  pid_t pid;

  /* get process id */
  pid = getpid();

  ret = pthread_create(&c_pid, NULL, printargs, "hello world");
  if (ret)
  {
    printf("create thread failed!!!\n");
  }

  printf("pid = %u\n", (unsigned int)pid);
  printf("c_pid = %u\n", (unsigned int)c_pid);

  pthread_join(c_pid, NULL);

  return 0;
}

• 终止线程

如果需要终止某个线程而不终止整个进程，可以有三种方法：

1. 从线程函数return, 这种方法对主线程不适用，从main函数return相当于调用exit。
2. 一个线程可以调用pthread_cancel 终止同一个进程中的另外一个线程。
3. 线程可以调用pthread_exit 终止自己。

#include <pthread.h>
 void pthread_exit(void *value_ptr);

value_ptr是void *类型，和线程函数返回值的用法一样，其它线程可以调用pthread_join获得这个指针。

pthread_exit 或者return 返回的指针所指向的内存单元必须是全局的或者用malloc 分配的，不能在线程函数的栈上分配，因为当其它线程得到这个返回指针时线程函数已经退出了。

#include <pthread.h>
int pthread_join(pthread_t thread, void **value_ptr);

返回值：成功返回0，失败返回错误码

调用该函数的线程将挂起等待，直到id为thread的线程终止。thread 线程以不同的方法终止，通过pthread_join得到的终止状态是不同的，总结如下：

2. 如果thread 线程通过return返回，value_ptr所指向的单元里存放的是thread 线程函数的返回值。
3. 如果thread线程被别的线程调用pthread_cancel异常终止掉，value_ptr所指向的单元里存放的是常数PTHREAD_CANCELED。
4. 如果thread线程是自己调用pthread_exit终止的，value_ptr 所指向的单元存放的是传给pthread_exit的参数。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>

void UNUSED_PARAMS(void *arg)
{
  if (arg != NULL)
    printf("%s\n", (char*)(arg));

  return;
}

void *thr_fn1(void *arg)
{
  UNUSED_PARAMS(arg);

  printf("thread 1 returning\n");
  return (void *)1;
}

void *thr_fn2(void *arg)
{
  UNUSED_PARAMS(arg);

  printf("thread 2 exiting\n");
  pthread_exit((void *)2);
}

void *thr_fn3(void *arg)
{
  UNUSED_PARAMS(arg);

  while(1)
  {
    printf("thread 3 writing\n");
    sleep(1);
  }
}

int main(void)
{
  pthread_t   tid;
  void        *tret;

  pthread_create(&tid, NULL, thr_fn1, NULL);
  pthread_join(tid, &tret);
  printf("thread 1 exit code %d\n", (int)(tret));

  pthread_create(&tid, NULL, thr_fn2, NULL);
  pthread_join(tid, &tret);
  printf("thread 2 exit code %d\n", (int)(tret));

  pthread_create(&tid, NULL, thr_fn3, NULL);
  sleep(3);
  pthread_cancel(tid);
  pthread_join(tid, &tret);
  printf("thread 3 exit code %d\n", (int)(tret));

  return 0;
}

在pthread库中常数PTHREAD_CANCELED的值为-1，可以在头文件pthread.h 找到它的定义：

#define PTHREAD_CANCELED((void *) -1)

线程终止后，其终止状态一直保留到其它线程调用pthread_join获取它的状态为止。

编译运行结果：

$ gcc thread_test.c -lpthread -o thread_test
$ ./thread_test
thread 1 returning
thread 1 exit code 1
thread 2 exiting
thread 2 exit code 2
thread 3 writing
thread 3 writing
thread 3 writing
thread 3 exit code -1