【多线程】c++11多线程编程(二)——理解线程类的构造函数
目录
构造函数的参数
std::thread
类的构造函数是使用可变参数模板实现的,也就是说,可以传递任意个参数,第一个参数是线程的入口函数,而后面的若干个参数是该函数的参数。
第一参数的类型并不是c
语言中的函数指针(c
语言传递函数都是使用函数指针),在c++11
中,增加了可调用对象(Callable Objects)的概念,总的来说,可调用对象可以是以下几种情况:
- 函数指针
- 重载了
operator()
运算符的类对象,即仿函数 lambda
表达式(匿名函数)std::function
函数指针示例
// 普通函数 无参
void function_1() {
}
// 普通函数 1个参数
void function_2(int i) {
}
// 普通函数 2个参数
void function_3(int i, std::string m) {
}
std::thread t1(function_1);
std::thread t2(function_2, 1);
std::thread t3(function_3, 1, "hello");
t1.join();
t2.join();
t3.join();
实验的时候还发现一个问题,如果将重载的函数作为线程的入口函数,会发生编译错误!编译器搞不清楚是哪个函数,如下面的代码:
int main()
{
int n = 0;
std::thread t1; // t1 is not a thread
std::thread t2(f1, n + 1); // pass by value
std::thread t3(f2, std::ref(n)); // pass by reference
std::thread t4(std::move(t3)); // t4 is now running f2(). t3 is no longer a thread
t2.join();
t4.join();
std::cout << "Final value of n is " << n << '\n';
}
// 普通函数 无参
void function_1() {
}
// 普通函数 1个参数
void function_1(int i) {
}
std::thread t1(function_1);
t1.join();
// 编译错误
/*
C:\Users\Administrator\Documents\untitled\main.cpp:39:
error: no matching function for call to 'std::thread::thread(<unresolved overloaded function type>)'
std::thread t1(function_1);
^
*/
仿函数
// 仿函数
class Fctor {
public:
// 具有一个参数
void operator() () {
}
};
Fctor f;
std::thread t1(f);
// std::thread t2(Fctor()); // 编译错误
std::thread t3((Fctor())); // ok
std::thread t4{Fctor()}; // ok
一个仿函数类生成的对象,使用起来就像一个函数一样,比如上面的对象f
,当使用f()
时就调用operator()
运算符。所以也可以让它成为线程类的第一个参数,如果这个仿函数有参数,同样的可以写在线程类的后几个参数上。
而t2
之所以编译错误,是因为编译器并没有将Fctor()
解释为一个临时对象,而是将其解释为一个函数声明,编译器认为你声明了一个函数,这个函数不接受参数,同时返回一个Factor
对象。解决办法就是在Factor()
外包一层小括号()
,或者在调用std::thread
的构造函数时使用{}
,这是c++11
中的新的同意初始化语法。
但是,如果重载的operator()
运算符有参数,就不会发生上面的错误。
匿名函数
std::thread t1([](){
std::cout << "hello" << std::endl;
});
std::thread t2([](std::string m){
std::cout << "hello " << m << std::endl;
}, "world");
std::function
class A{
public:
void func1(){
}
void func2(int i){
}
void func3(int i, int j){
}
};
A a;
std::function<void(void)> f1 = std::bind(&A::func1, &a);
std::function<void(void)> f2 = std::bind(&A::func2, &a, 1);
std::function<void(int)> f3 = std::bind(&A::func2, &a, std::placeholders::_1);
std::function<void(int)> f4 = std::bind(&A::func3, &a, 1, std::placeholders::_1);
std::function<void(int, int)> f5 = std::bind(&A::func3, &a, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2);
std::thread t1(f1);
std::thread t2(f2);
std::thread t3(f3, 1);
std::thread t4(f4, 1);
std::thread t5(f5, 1, 2);
传值还是引用
先提出一个问题:如果线程入口函数的的参数是引用类型,在线程内部修改该变量,主线程的变量会改变吗?
代码如下:
#include <iostream>
#include <thread>
#include <string>
// 仿函数
class Fctor {
public:
// 具有一个参数 是引用
void operator() (std::string& msg) {
msg = "wolrd";
}
};
int main() {
Fctor f;
std::string m = "hello";
std::thread t1(f, m);
t1.join();
std::cout << m << std::endl;
return 0;
}
// vs下: 最终是:"hello"
// g++编译器: 编译报错
事实上,该代码使用g++
编译会报错,而使用vs2015
并不会报错,但是子线程并没有成功改变外面的变量m
。
我是这么认为的:std::thread
类,内部也有若干个变量,当使用构造函数创建对象的时候,是将参数先赋值给这些变量,所以这些变量只是个副本,然后在线程启动并调用线程入口函数时,传递的参数只是这些副本,所以内部怎么操作都是改变副本,而不影响外面的变量。g++
可能是比较严格,这种写法可能会导致程序发生严重的错误,索性禁止了。
首先,&是类型说明符,而std::ref是一个函数,返回std::reference_wrapper(类似于指针)。
为什么需要std::ref?(std::cref类似)
主要是考虑到c++11中的函数式编程,例如:std::bind。
示例:
#include <iostream>
#include <functional>
void foo(int& a) {
++a;
}
void test_function(std::function<void(void)> fun) {
fun();
}
int main() {
int a = 1;
std::cout << "a = " << a << "\n";
test_function(std::bind(foo, a));
std::cout << "a = " << a << "\n";
test_function(std::bind(foo, std::ref(a)));
std::cout << "a = " << a << "\n";
return 0;
}
输出:
a = 1a = 1a = 2
注意第二行"a = 1",为什么a没有发生改变呢?因为std::bind将参数拷贝了。因而foo改变的是拷贝,不影响a。问题来了:为什么std::bind要拷贝参数,而不是直接保存引用呢?这主要是考虑到调用者的需求。确实存在一些情况,我们并不希望std::bind直接对参数进行操作。为了满足不同的调用者的需求,只能统一进行拷贝。同时,为了可以使用引用,提供了std::ref,std::cref让用户进行选择。此时,用户相当于传入了一个会自动解引用的指针,可以复制,且影响原始参数。
而如果可以想真正传引用,可以在调用线程类构造函数的时候,用std::ref()
包装一下。如下面修改后的代码:
std::thread t1(f, std::ref(m));
然后vs
和g++
都可以成功编译,而且子线程可以修改外部变量的值。
当然这样并不好,多个线程同时修改同一个变量,会发生数据竞争。
同理,构造函数的第一个参数是可调用对象,默认情况下其实传递的还是一个副本。
#include <iostream>
#include <thread>
#include <string>
class A {
public:
void f(int x, char c) {}
int g(double x) {return 0;}
int operator()(int N) {return 0;}
};
void foo(int x) {}
int main() {
A a;
std::thread t1(a, 6); // 1. 调用的是 copy_of_a()
std::thread t2(std::ref(a), 6); // 2. a()
std::thread t3(A(), 6); // 3. 调用的是 临时对象 temp_a()
std::thread t4(&A::f, a, 8, 'w'); // 4. 调用的是 copy_of_a.f()
std::thread t5(&A::f, &a, 8, 'w'); //5. 调用的是 a.f()
std::thread t6(std::move(a), 6); // 6. 调用的是 a.f(), a不能够再被使用了
t1.join();
t2.join();
t3.join();
t4.join();
t5.join();
t6.join();
return 0;
}
对于线程t1
来说,内部调用的线程函数其实是一个副本,所以如果在函数内部修改了类成员,并不会影响到外面的对象。只有传递引用的时候才会修改。所以在这个时候就必须想清楚,到底是传值还是传引用!
线程对象只能移动不可复制
线程对象之间是不能复制的,只能移动,移动的意思是,将线程的所有权在std::thread
实例间进行转移。
void some_function();
void some_other_function();
std::thread t1(some_function);
// std::thread t2 = t1; // 编译错误
std::thread t2 = std::move(t1); //只能移动 t1内部已经没有线程了
t1 = std::thread(some_other_function); // 临时对象赋值 默认就是移动操作
std::thread t3;
t3 = std::move(t2); // t2内部已经没有线程了
t1 = std::move(t3); // 程序将会终止,因为t1内部已经有一个线程在管理了
参考
作者:StormZhu
链接:https://www.jianshu.com/p/109df8a7e627
来源:简书
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