C/C++线程详解

一、C语言线程创建（POSIX线程）

1. 基本创建方法

POSIX线程（pthread）是C语言中创建线程的标准API：

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

void* thread_func(void* arg) {
    printf("Thread running with arg: %d\n", *(int*)arg);
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t tid;
    int arg = 42;
    
    // 创建线程
    int ret = pthread_create(&tid, NULL, thread_func, &arg);
    if (ret != 0) {
        perror("pthread_create failed");
        return 1;
    }
    
    // 等待线程结束
    pthread_join(tid, NULL);
    return 0;
}

2. 关键参数说明

• pthread_t *thread：存储线程ID的指针
• const pthread_attr_t *attr：线程属性（NULL表示默认）
• void *(*start_routine)(void*)：线程函数指针
• void *arg：传递给线程函数的参数

3. 线程属性设置

pthread_attr_t attr;
pthread_attr_init(&attr);  // 初始化属性
pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED); // 设置分离属性
pthread_create(&tid, &attr, thread_func, NULL);
pthread_attr_destroy(&attr); // 销毁属性对象

二、C++线程创建（std::thread）

1. 基本创建方法

C++11引入了std::thread类简化线程创建：

#include <iostream>
#include <thread>

void thread_function() {
    std::cout << "Thread function executing" << std::endl;
}

int main() {
    // 创建并启动线程
    std::thread t(thread_function);
    
    // 等待线程结束
    t.join();
    return 0;
}

2. 多种创建方式

(1) 使用函数指针

void print_message(const std::string& msg) {
    std::cout << msg << std::endl;
}

std::thread t1(print_message, "Hello from thread");

(2) 使用Lambda表达式

std::thread t2(‌:ml-search[]{
    std::cout << "Lambda thread running" << std::endl;
});

(3) 使用成员函数

class MyClass {
public:
    void member_func() {
        std::cout << "Member function thread" << std::endl;
    }
};

MyClass obj;
std::thread t3(&MyClass::member_func, &obj);

3. 线程管理

• join()：等待线程结束
• detach()：分离线程（后台运行）
• joinable()：检查线程是否可join

三、C与C++线程创建对比

四、实际应用示例

1. 多线程计算（C++）

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

void compute(int start, int end, int& result) {
    int sum = 0;
    for (int i = start; i <= end; ++i) {
        sum += i;
    }
    result = sum;
}

int main() {
    const int n = 1000;
    int result1, result2;
    
    std::thread t1(compute, 1, n/2, std::ref(result1));
    std::thread t2(compute, n/2+1, n, std::ref(result2));
    
    t1.join();
    t2.join();
    
    std::cout << "Total sum: " << result1 + result2 << std::endl;
    return 0;
}

2. 线程池基础（C）

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

#define THREAD_COUNT 4

void* worker(void* arg) {
    int id = *(int*)arg;
    printf("Worker %d started\n", id);
    // 实际工作任务...
    printf("Worker %d finished\n", id);
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t threads[THREAD_COUNT];
    int thread_ids[THREAD_COUNT];
    
    for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; ++i) {
        thread_ids[i] = i;
        pthread_create(&threads[i], NULL, worker, &thread_ids[i]);
    }
    
    for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; ++i) {
        pthread_join(threads[i], NULL);
    }
    
    return 0;
}

五、注意事项

1. ‌资源管理‌：C++的std::thread使用RAII，析构时若未join/detach会terminate
2. ‌参数生命周期‌：确保线程参数在线程使用期间有效
3. ‌线程安全‌：共享数据需要同步机制（mutex等）
4. ‌错误处理‌：C++使用异常，C检查返回值
5. ‌平台差异‌：pthread在不同Unix-like系统实现可能不同

六、使用建议

1. ‌优先使用std::thread的情况‌：

   • 开发跨平台应用
   • 需要与C++其他特性（如lambda、智能指针）集成
   • 希望简化资源管理
   • 项目已使用C++11或更高标准

2. ‌可能需要使用pthread的情况‌：

   • 维护遗留代码
   • 需要特定POSIX线程特性（如优先级控制）
   • 在仅支持C的嵌入式环境中开发
   • 需要精细控制线程属性（虽然C++11也可通过native_handle实现）

七、性能注意事项

1. 在主流平台上，两者性能差异通常小于%5，因为：

   • std::thread在Linux上实质是pthread的封装
   • 线程创建/切换等核心操作最终都调用相同的系统API

2. 实际选择应更多考虑：

   • 代码可维护性
   • 与现有代码库的整合度
   • 团队熟悉程度
   • 长期维护成本