c++如何使用pthread_join函数配合pthread_create函数来创建和等待线程完成，实现线程同步与控制

在C++中，pthread_create 和 pthread_join 是 POSIX 线程库（pthread）的一部分，用于创建和管理线程。pthread_create 用于创建一个新的线程，而 pthread_join 用于等待一个线程的执行完成，从而实现线程同步与控制。

基本步骤

1. 使用 pthread_create 函数创建一个线程。
2. 线程的工作由一个线程函数来完成，该函数的签名必须是 void* threadFunc(void* arg)。
3. 使用 pthread_join 函数等待线程执行完成，并获取线程的退出状态。

以下是如何在C++中使用 pthread_create 和 pthread_join 来创建线程并等待其完成的示例：

示例代码

#include <iostream>
#include <pthread.h>  // POSIX 线程库头文件
#include <unistd.h>   // sleep 函数

// 线程执行的函数
void* threadFunc(void* arg) {
    int* id = static_cast<int*>(arg);  // 传入的参数类型转换
    std::cout << "Thread " << *id << " is running." << std::endl;
    sleep(2);  // 模拟线程工作
    std::cout << "Thread " << *id << " has finished." << std::endl;
    return nullptr;
}

int main() {
    const int numThreads = 3;
    pthread_t threads[numThreads];  // 保存线程ID
    int threadArgs[numThreads];     // 线程的参数

    // 创建多个线程
    for (int i = 0; i < numThreads; ++i) {
        threadArgs[i] = i + 1;  // 为每个线程传递不同的参数
        if (pthread_create(&threads[i], nullptr, threadFunc, &threadArgs[i]) != 0) {
            std::cerr << "Error creating thread " << i + 1 << std::endl;
            return 1;
        }
    }

    // 等待所有线程完成
    for (int i = 0; i < numThreads; ++i) {
        if (pthread_join(threads[i], nullptr) != 0) {
            std::cerr << "Error joining thread " << i + 1 << std::endl;
            return 1;
        }
        std::cout << "Thread " << i + 1 << " has joined." << std::endl;
    }

    std::cout << "All threads have completed." << std::endl;
    return 0;
}

代码解析

1. pthread_create:

   • 创建线程时使用 pthread_create，第一个参数是线程ID的指针，第二个参数是线程的属性（可以传入nullptr使用默认属性），第三个参数是线程函数的地址，第四个参数是传递给线程函数的参数。
   • 每个线程会执行 threadFunc 函数，并接收不同的 threadArgs 作为参数。

2. pthread_join:

   • 主线程使用 pthread_join 来等待子线程完成执行。pthread_join 的第一个参数是线程ID，第二个参数用于获取线程的返回值（我们这里传入nullptr表示不关心返回值）。
   • pthread_join 可以保证主线程等待所有子线程执行完成后再继续执行。

3. threadFunc:

   • 这是子线程执行的函数。它的参数是 void* 类型，所以我们需要将其转换为适当的类型（在此例中是 int*）。
   • 模拟线程任务时使用 sleep(2) 让线程休眠2秒。

4. 线程参数:

   • 为了避免多个线程共享同一个参数导致的问题，我们为每个线程分配一个单独的参数 threadArgs[i]。

输出示例

Thread 1 is running.
Thread 2 is running.
Thread 3 is running.
Thread 1 has finished.
Thread 1 has joined.
Thread 2 has finished.
Thread 2 has joined.
Thread 3 has finished.
Thread 3 has joined.
All threads have completed.

线程同步与控制

通过使用 pthread_join，我们可以确保主线程在所有子线程执行完成之后才继续执行，这样可以避免主线程提前退出而导致子线程未完成的问题。这也是一种常见的线程同步机制。

注意事项

1. 数据竞争: 如果多个线程同时访问共享资源而不使用同步机制（如互斥锁 pthread_mutex_t），可能会导致数据竞争。
2. 线程返回值: 如果需要获取线程的返回值，可以在 pthread_join 的第二个参数中提供指针接收线程函数的返回值。
3. 线程的可重入性: 如果线程之间共享数据，应确保线程安全，避免数据竞争或不一致的状态。

通过以上代码示例，你可以理解如何使用 pthread_create 和 pthread_join 来实现多线程的同步与控制。