C++ 多线程编程教程：使用 std::thread 和 std::future 进行并发任务管理

引言

多线程编程是一种强大的工具，可以加速计算密集型任务的执行，提高应用程序的性能。C++提供了多种多线程编程工具，包括std::thread和std::future，用于管理并发任务。在本教程中，我们将详细介绍如何使用这两个工具来启动和管理多个线程，以执行并发任务。我们还将讨论如何处理线程超时和异常情况。

使用 std::thread 启动和管理线程

步骤1：包含必要的头文件

在开始之前，首先需要包含必要的头文件。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <thread>

步骤2：创建线程容器

首先，我们创建一个用于存储线程的容器，通常使用std::vector<std::thread>。

std::vector<std::thread> threads;

步骤3：启动线程执行函数

接下来，我们通过循环遍历一个数据集，为每个数据元素创建一个线程，并将它们添加到线程容器中。在本例中，我们假设数据集是d.vurlData，线程执行的函数是test(data)。

for (auto& data : d.vurlData) {threads.emplace_back(std::thread{ [this,&data] { test(data); } });
}

步骤4：等待所有线程完成

最后，我们使用循环遍历线程容器，并检查每个线程是否可加入(joinable)。如果线程可加入，我们调用join()函数等待线程执行完成。

for (auto& thread : threads) {if (thread.joinable())thread.join();
}

这样，所有线程将在任务完成后安全退出。

使用 std::future 进行线程管理和超时处理

步骤1：包含必要的头文件

同样，在开始之前，需要包含必要的头文件。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <thread>
#include <future>
#include <chrono>

步骤2：创建线程容器和期望值容器

与之前一样，我们创建一个线程容器std::vector<std::thread>和一个用于存储std::future的容器std::vector<std::future<void>> futures。

std::vector<std::thread> threads;
std::vector<std::future<void>> futures;

步骤3：创建线程和期望值

不同于之前，我们使用std::packaged_task来封装线程执行函数，然后将其与std::future关联起来。这样可以获得对线程的更多控制，并能够处理超时情况。

for (auto& data : Data) {std::packaged_task<void()> task([this, &data] { test(data); });futures.push_back(task.get_future());threads.emplace_back(std::move(task));
}

步骤4：检查线程执行状态和处理超时

在循环中，我们使用std::future::wait_for函数检查每个线程的执行状态，如果线程在指定的时间内没有完成（这里设置为1秒），我们可以选择将其分离(detach)，表示不再等待线程完成，或者调用join()等待线程完成。

for (size_t i = 0; i < threads.size(); ++i) {std::future_status status = futures[i].wait_for(std::chrono::seconds(1));if (status == std::future_status::timeout) {threads[i].detach(); // 超时情况下分离线程} else {threads[i].join(); // 正常情况下等待线程完成}
}

这样，我们可以在超时情况下停止线程的执行，以确保程序不会因为某个线程长时间阻塞而失去响应。

总结

本教程介绍了如何使用C++中的std::thread和std::future来启动和管理多个线程，以执行并发任务。我们学习了如何等待线程完成，以及如何处理线程超时情况。多线程编程可以帮助您充分利用现代多核处理器，提高应用程序性能，但同时也需要小心处理线程之间的同步和异常情况，以确保程序的稳定性和可维护性。希望这个教程对您有所帮助，能够让您更好地理解和使用C++中的多线程编程工具。