5分钟速成C++14多线程编程

原文链接：Learn C++ Multi-Threading in 5 Minutes

　　C++14的新的多线程架构非常简单易学，如果你对C或者C++很熟悉，那么本文非常适合你。作者用C++14作为基准参考，但是所介绍的东西在C++17中也依然适用。本文只介绍基本的架构，在读完本文后你应该也可以自己编写自己的多线程程序。

创建线程

创建线程有以下几种方式：

1.使用函数指针

2.使用仿函数

3.使用lambda表达式

这些方式都比较类似，只有部分差别，我将在下面具体讲述每一种方式和他们的区别。

使用函数指针

　　来看看下面这个函数，其参数包括一个vector的引用 v ，一个输出结果的引用acm，还有两个v的索引。这个函数会将v的beginIndex和endIndex之间的元素累加起来。

void accumulator_function2(const std::vector<int> &v, unsigned long long &acm, 
                            unsigned int beginIndex, unsigned int endIndex)
{
    acm = 0;
    for (unsigned int i = beginIndex; i < endIndex; ++i)
    {
        acm += v[i];
    }
}

　　现在如果我们想将vector分为两个部分，并在单独的线程t1和t2中分别计算各部分的总和的话，我们可以这么写：

//Pointer to function
    {
        unsigned long long acm1 = 0;
        unsigned long long acm2 = 0;
        std::thread t1(accumulator_function2, std::ref(v), 
                        std::ref(acm1), 0, v.size() / 2);
        std::thread t2(accumulator_function2, std::ref(v), 
                        std::ref(acm2), v.size() / 2, v.size());
        t1.join();
        t2.join();

        std::cout << "acm1: " << acm1 << endl;
        std::cout << "acm2: " << acm2 << endl;
        std::cout << "acm1 + acm2: " << acm1 + acm2 << endl;
    }

上面这段你需要知道：

　　1.std::thread这个调用创建了一个新的线程。其第一个参数是函数指针 accumulator_function2 ，因此每个线程都会去执行这个函数。

　　2.剩下的我们传给std::thread的构造函数的参数，都是我们需要去传给accumulator_function2的参数。

　　3.重点：传递给accumulator_function2的参数默认情况下都是值传递的，除非你用std::ref把他包起来。所以我们这里使用了std::ref来包住v、acm1、acm2。

　　4.使用std::thread创建的线程是没有返回值的，所以如果你想从线程中返回些什么，请使用引用将你想返回的值作为一个传入参数。这里的例子就是acm1和acm2。

　　5.每个线程一旦创建就立即执行了。

　　6.我们使用join()函数来等待线程执行完毕。

使用伪函数

　　你也可以使用伪函数来做同样的事情，下面是例子：

class CAccumulatorFunctor3
{
  public:
    void operator()(const std::vector<int> &v, 
                    unsigned int beginIndex, unsigned int endIndex)
    {
        _acm = 0;
        for (unsigned int i = beginIndex; i < endIndex; ++i)
        {
            _acm += v[i];
        }
    }
    unsigned long long _acm;
};

　　那么创建线程的方式变成下面这样：

//Creating Thread using Functor
    {

        CAccumulatorFunctor3 accumulator1 = CAccumulatorFunctor3();
        CAccumulatorFunctor3 accumulator2 = CAccumulatorFunctor3();
        std::thread t1(std::ref(accumulator1), 
            std::ref(v), 0, v.size() / 2);
        std::thread t2(std::ref(accumulator2), 
            std::ref(v), v.size() / 2, v.size());
        t1.join();
        t2.join();

        std::cout << "acm1: " << accumulator1._acm << endl;
        std::cout << "acm2: " << accumulator2._acm << endl;
        std::cout << "accumulator1._acm + accumulator2._acm : " << 
            accumulator1._acm + accumulator2._acm << endl;
    }

上面这段你需要知道：

　　伪函数的使用方式大部分地方都和函数指针很像，除了：

　　1.第一个参数变成了伪函数对象。

　　2.我们不再需要使用引用来获取返回值了，我们可以将返回值作为伪函数对象的一个成员变量来储存。这里的例子就是_acm。

使用lambda表达式

　　作为第三种选择，我们可以在每个线程的构造函数中使用lambda表达式来定义我们想做的事，如下：

{
        unsigned long long acm1 = 0;
        unsigned long long acm2 = 0;
        std::thread t1([&acm1, &v] {
            for (unsigned int i = 0; i < v.size() / 2; ++i)
            {
                acm1 += v[i];
            }
        });
        std::thread t2([&acm2, &v] {
            for (unsigned int i = v.size() / 2; i < v.size(); ++i)
            {
                acm2 += v[i];
            }
        });
        t1.join();
        t2.join();

        std::cout << "acm1: " << acm1 << endl;
        std::cout << "acm2: " << acm2 << endl;
        std::cout << "acm1 + acm2: " << acm1 + acm2 << endl;
    }

同样，大多数地方都和函数指针的方式很类似，除了：

　　1.作为传参的替代方式，我们可以使用lambda表达式的捕获(capture)方式来处理参数传递

Tasks, Futures, and Promises

除了std::thread，我们还可以使用 tasks.

tasks和std::thread工作的方式非常相似，只有一个最主要的不同：tasks可以返回一个值。因此，你可以暂存这个返回值来作为这个线程的更抽象的定义方式，并在你真的需要返回的结果的时候来从这个返回值中拿到数据。

下面就是使用Tasks的例子：

#include <future>
//Tasks, Future, and Promises
    {
        auto f1 = [](std::vector<int> &v, 
            unsigned int left, unsigned int right) {
            unsigned long long acm = 0;
            for (unsigned int i = left; i < right; ++i)
            {
                acm += v[i];
            }

            return acm;
        };

        auto t1 = std::async(f1, std::ref(v), 
            0, v.size() / 2);
        auto t2 = std::async(f1, std::ref(v), 
            v.size() / 2, v.size());

        //You can do other things here!
        unsigned long long acm1 = t1.get();
        unsigned long long acm2 = t2.get();

        std::cout << "acm1: " << acm1 << endl;
        std::cout << "acm2: " << acm2 << endl;
        std::cout << "acm1 + acm2: " << acm1 + acm2 << endl;
    }

上面这段你需要知道：

　　1.tasks使用std::async创建

　　2.std::async的返回值是一个叫std::future的类型。别被他的名字唬到，他的意思是t1和t2的值会在未来被真正的赋值。我们通过调用t1.get()来获得他的真正的返回值。

　　3.如果future的返回值还没有准备好（任务还没有计算完成），那么调用get()的主线程会被卡住，直到准备好了返回值（和join()的行为一样）。

　　4.注意，我们传递给std::async的函数（实际上是lambda表达式）是有返回值的，这个返回值用过一个叫做std::promise的类型来传递。大多数情况下你不需要了解任何promise的细节，C++在幕后可以处理好这些事情。

　　5.默认的情况下，tasks也会在创建之后立刻运行（有办法来修改这个行为，但是本文没有涉及）。

线程创建的总结：

　　创建线程很简单，你可以通过函数指针、伪函数、lambda表达式的方式来创建std::thread，也可以使用std::async的方式来获得一个std::future类型的返回值。std::async也同样可以使用函数指针、伪函数、lambda表达式来创建

（未完待续）