一. std::thread类
（一）thread类摘要及分析
class thread { // class for observing and managing threads
public:
class id;
using native_handle_type = void*;
thread() noexcept : _thr{} { // 创建空的thread对象，实际上线程并未被创建！
}
private:
template
static unsigned int __stdcall _invoke(void* _rawvals) noexcept { // enforces termination
//接口适配：将用户的可调用对象与_beginthreadex的接口进行适配。
//子线程重新拥有从主线程转让过来的保存着thread参数副本的tuple堆对象的所有权。
const unique_ptr<_tuple> _fnvals(static_cast<_tuple*>(_rawvals));
_tuple& _tup = *_fnvals;
_std invoke(_std move(_std get<_indices>(_tup))...); //注意，由于tuple中保存的都是副本，因此所有的参数都以右值的方式被转发出去。
_cnd_do_broadcast_at_thread_exit(); // transition, abi
return 0;
}
template
_nodiscard static constexpr auto _get_invoke(
index_sequence<_indices...>) noexcept { // select specialization of _invoke to use
return &_invoke<_tuple, _indices...>; //这里返回特化的_invoke函数指针
}
public:
template , thread>>>
explicit thread(_fn&& _fx, _args&& ... _ax) { // construct with _fx(_ax...)
using _tuple = tuple, decay_t<_args>...>; //将传入thread的所有参数保存着tuple
//在堆上创建tuple以按值保存thread所有参数的副本，指针用unique_ptr来管理。
auto _decay_copied = _std make_unique<_tuple>(_std forward<_fn>(_fx), _std forward<_args>(_ax)...); //创建tuple的智能指针
constexpr auto _invoker_proc = _get_invoke<_tuple>(make_index_sequence<1 sizeof...(_args)>{}); //获取线程函数地址
//在windows系统中，会调用_beginthredex来创建新线程。其中，_invoker_proc为线程函数地址，它要求的参数为tuple的指针，即_decay_copied.get()
//注意：线程创建后即立即运行(第5个参数为0)，原生的线程id保存在_thr._id中，句柄保存在_thr._hnd。
_thr._hnd =
reinterpret_cast(_cstd _beginthreadex(nullptr, 0, _invoker_proc, _decay_copied.get(), 0, &_thr._id));
if (_thr._hnd == nullptr) { // failed to start thread
_thr._id = 0;
_throw_cpp_error(_resource_unavailable_try_again);
}
else { // ownership transferred to the thread
(void)_decay_copied.release(); //转让tuple的所有权给新的线程。
}
}
~thread() noexcept { // clean up
if (joinable()) { //注意，std::thread析构时，如果线程仍可joinable，则会调用terminate终止程序！
_std terminate();
}
}
thread(thread&& _other) noexcept : _thr(_std exchange(_other._thr, {})) { // move from _other
}
thread& operator=(thread&& _other) noexcept { // move from _other
if (joinable()) {
_std terminate();
}
_thr = _std exchange(_other._thr, {});
return *this;
}
thread(const thread&) = delete; //thread对象不能被复制
thread& operator=(const thread&) = delete; //thread对象不能被拷贝赋值
void swap(thread& _other) noexcept { // swap with _other
_std swap(_thr, _other._thr);
}
_nodiscard bool joinable() const noexcept { // return true if this thread can be joined
return _thr._id != 0; //原生的线程id不为0，表示底层的线程己经创建
}
void join() { // join thread
if (!joinable()) {
_throw_cpp_error(_invalid_argument);
}
if (_thr._id == _thrd_id()) {
_throw_cpp_error(_resource_deadlock_would_occur);
}
if (_thrd_join(_thr, nullptr) != _thrd_success) {
_throw_cpp_error(_no_such_process);
}
_thr = {}; //注意调用join以后，原生线程id被清零，意味着join只能被调用一次！
}
void detach() { // detach thread
if (!joinable()) {
_throw_cpp_error(_invalid_argument);
}
_check_c_return(_thrd_detach(_thr)); //线程被分离，成为后台线程
_thr = {}; //注意调用detach以后，原生线程id被清零，意味着detach也只能被调用一次！
}
_nodiscard id get_id() const noexcept;
_nodiscard static unsigned int hardware_concurrency() noexcept { // return number of hardware thread contexts
return _thrd_hardware_concurrency();
}
_nodiscard native_handle_type native_handle() { // return win32 handle as void *
return _thr._hnd;
}
private:
_thrd_t _thr;
};
1. 构造std::thread对象时：如果不带参则会创建一个空的thread对象，但底层线程并没有真正被创建，一般可将其他std::thread对象通过move移入其中；如果带参则会创建新线程，而且会被立即运行。
2. 在创建thread对象时，std::thread构建函数中的所有参数均会按值并以副本的形式保存成一个tuple对象。该tuple由调用线程（一般是主线程）在堆上创建，并交由子线程管理，在子线程结束时同时被释放。
3. joinable()：用于判断std::thread对象联结状态，一个std::thread对象只可能处于可联结或不可联结两种状态之一。
（1）可联结：当线程己运行或可运行、或处于阻塞时是可联结的。注意，如果某个底层线程已经执行完任务，但是没有被join的话，仍然处于joinable状态。即std::thread对象与底层线程保持着关联时，为joinable状态。
（2）不可联结：
①当不带参构造的std::thread对象为不可联结，因为底层线程还没创建。
②己移动的std::thread对象为不可联结。
③己调用join或detach的对象为不可联结状态。因为调用join()以后，底层线程己结束，而detach()会把std::thread对象和对应的底层线程之间的连接断开。
4. std::thread对象析构时，会先判断是否可joinable()，如果可联结，则会程序会直接被终止。这意味着创建thread对象以后，要在随后的某个地方调用join或detach以便让std::thread处于不可联结状态。
5. std::thread对象不能被复制和赋值，只能被移动。
（二）线程的基本用法
1. 获取当前信息
（1）线程id：t.get_id(); //其中t为std::thread对象。
（2）线程句柄：t.native_handle() //返回与操作系统相关的线程句柄。
（3）获取cpu核数：std::thread::hardware_concurrency()，失败时返回0。
2.线程等待和分离
（1）join()：等待子线程，调用线程处于阻塞模式
（2）detach()：分离子线程，与当前线程的连接被断开，子线程成为后台线程，被c 运行时库接管。
（3）joinable()：检查线程是否可被联结。
（三）std::this_thread命名空间中相关辅助函数
1. get_id(); //获取线程id：
2. yield(); //当前线程放弃执行，操作系统转去调度另一线程。
3. sleep_until(const xtime* _abs_time)：线程休眠至某个指定的时刻(time point)，该线程才被重新唤醒。
4. sleep_for(std::chrono::seconds(3));//睡眠3秒后才被重新唤醒，不过由于线程调度等原因，实际休眠时间可能比 sleep_duration 所表示的时间片更长。
【编程实验】std::thread的基本用法
#include
#include
#include //for std::chrono::seconds
#include //for std::time_t
#include //for std::put_time
using namespace std;
using namespace std::chrono;
void thread_func(int x)
{
cout <<"thread_func start..." << endl;
cout << "x = " << x << endl;
cout << "child thread id: " << std::this_thread::get_id() << endl;
std::this_thread::yield(); //当前线程放弃执行
cout <<"thread_func end." << endl;
}
void test_sleepuntil()
{
std::cout <<"thread id " << std::this_thread::get_id() << "'s sleepuntil begin..." << endl;
using std::chrono::system_clock;
std::time_t tstart = system_clock::to_time_t(system_clock::now()); //to_time_t：将time_point转为std::time_t
struct std::tm tm;
localtime_s(&tm,&tstart);
std::cout << "current time: " << std::put_time(&tm, "%x") << std::endl; //x须大写，若小写输出日期
std::cout << "waiting for the next minute..." << std::endl;
tm.tm_min;
tm.tm_sec = 0;
std::this_thread::sleep_until(system_clock::from_time_t(mktime(&tm))); //from_time_t：将time_t转为time_point
std::cout << std::put_time(&tm, "%x") <<" reach."<< std::endl;
std::cout << "thread id " << std::this_thread::get_id() << "'s sleepuntil end." << endl;
}
int main()
{
//1. 获取当前线程信息
cout << "hardware_concurrency: " << std::thread::hardware_concurrency() << endl; //8，当前cpu核数
cout << "main thread id: " <
二. 传递参数的方式
（一）传参中的陷阱：
1. 向std::thread 构造函数传参：所有参数（含第1个参数可调用对象）均按值并以副本的形式保存在std::thread对象中的tuple里。这一点的实现类似于std::bind。如果要达到按引用传参的效果，可使用std::ref来传递。
2. 向线程函数的传参：由于std::thread对象里保存的是参数的副本，为了效率同时兼顾一些只移动类型的对象，所有的副本均被std::move到线程函数，即以右值的形式传入。
（二）注意事项
1. 一个实参从主线程传递到子线程的线程函数中，需要经过两次传递。第1次发生在std::thread构造时，此次参数按值并以副本形式被保存。第2次发生在向线程函数传递时，此次传递是由子线程发起，并将之前std::thread内部保存的副本以右值的形式(std::move())传入线程函数中的。
2. 如果线程函数的形参为t、const t&或t&&类型时，std::thread的构造函数可以接受左值或右值实参。因为不管是左值还是右值，在std::thread中均是以副本形式被保存，并在第2次向线程函数传参时以右值方式传入，而以上三种形参均可接受右值。
3. 而如果线程函数的形参为t&时，不管是左值还是右值的t类型实参，都是无法直接经std::thread传递给形参为t&的线程函数，因为该实参数的副本会被std::move成右值并传递线程函数，但t&无法接受右值类型。因此，需要以std::ref形式传入（具体原理见下面《编程实验》中的注释）。
4. 当向线程函数传参时，可能发生隐式类型转换，这种转换是在子线程中进行的。需要注意，由于隐式转换会构造临时对象，并将该对象（是个右值）传入线程函数，因此线程函数的形参应该是可接受右值类型的t、const t&或t&&类型，但不能是t&类型。此外，如果源类型是指针或引用类型时，还要防止可能发生悬空指针和悬空引用的现象。
【编程实验】std::thread传参中的陷阱
#include
#include
#include
using namespace std;
using namespace std::chrono; //for std::chrono::seconds
class widget
{
public:
mutable int mutableint = 0;
//widget() :mutableint(0) {}
widget() : mutableint(0) { cout << "widget(), thread id = "<< std::this_thread::get_id() << endl;}
//类型转换构造函数
widget(int i):mutableint(i){ cout << "widget(int i), thread id = " << std::this_thread::get_id() << endl; }
widget(const widget& w):mutableint(w.mutableint) { cout << "widget(const widget& w), thread id = " << std::this_thread::get_id() << endl; }
widget(widget&& w) noexcept //移动构造
{
mutableint = w.mutableint;
cout << "widget(widget && w), thread id = " << std::this_thread::get_id() << endl;
}
void func(const string& s) { cout <<"void func(string& s), thread id = " << std::this_thread::get_id() << endl; }
};
void updatewidget_implicit(const widget& w)
{
cout << "invoke updatewidget_implicit, thread id =" << std::this_thread::get_id() << endl;
}
void updatewidget_ref(widget& w)
{
cout << "invoke updatewidget_ref, thread id =" << std::this_thread::get_id() << endl;
}
void updatewidget_cref(const widget& w)
{
cout << "invoke updatewidget_cref, thread id =" << std::this_thread::get_id() << endl;
}
void test_ctor(const widget& w) //注意这里的w是按引用方式传入（引用的是std::thread中保存的参数副本）
{
cout << "thread begin...(id = " << std::this_thread::get_id() << ")" << endl;
cout << "w.matableint = " << w.mutableint << endl;//注意，当std::thread按值传参时，此处修改的是std::thread中
//保存的参数副本，而不是main中的w。
//而当向std::thread按std::ref传参时，先会创建一个std::ref临时对象，
//其中保存着main中w引用。然后这个std::ref再以副本的形式保存在
//std::thread中。随后这个副本被move到线程函数，由于std::ref重载了
//operator t&(),因此会隐式转换为widget&类型（main中的w），因此起到
//的效果就好象main中的w直接被按引用传递到线程函数中来。
cout << "thread end.(id = " << std::this_thread::get_id() << ")" << endl;
}
int main()
{
//1. 向std::thread构造函数传参
cout << "main thread begin...(id = "<