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引入

模拟实现

思路

传递参数包

代码

thread.hpp

main.cpp

示例

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引入

之前我们一直使用的都是linux中的原生线程库,但c++中其实是有提供封装好的线程库的 -- <thread>

下面我们也来试着封装一下线程接口

模拟实现

思路

首先,明确线程库的核心操作:

• 创建和销毁线程

其次,明确需要的信息(变量):

• 线程id
• 线程执行函数

这里,我们贴近标准库中的定义,使用参数包接收传入的参数

• 所以我们还需要定义一个tuple类型(元组),来存放参数包
• 因为参数包类型之间不能直接赋值,所以我们需要使用元组作为中间媒介

和标准线程库相比,我们还可以添加一些额外信息:

• 线程名
• 线程创建时间

传递参数包

基本难点都在于 -- 如何将接收到的参数包,传递给传入的函数方法

我们这里提供两种解决方法:

• 使用c++14提供的索引序列模板类(index_sequence)作为辅助,然后使用get函数展开参数包
• 使用c++17提供的apply函数,它可以直接将参数包的元素传递给函数

代码

thread.hpp

#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>
#include <string>
#include <unistd.h>
#include <functional>
#include <iostream>

template <typename... Args>
using callback_t = std::function<void(Args...)>; // 定义一个函数类型,用于接收传入的函数指针

static int NUM = 1;

template <class... Args>
class thread
{
public:
    thread(callback_t<Args...> cb, Args... args)
        : tid_(0), name_(""), start_timestamp_(0), args_(std::make_tuple(args...)), callback_(cb) // 将参数包展开，创建一个元组
    {
        std::string name = "pthread" + std::to_string(NUM++);
        name_ = name;
        start_timestamp_ = time(nullptr);

        pthread_create(&tid_, nullptr, entry, this);
    }
    ~thread()
    {
    }
    void join()
    {
        pthread_join(tid_, nullptr);
    }
    std::string get_name()
    {
        return name_;
    }
    uint64_t get_time()
    {
        return start_timestamp_;
    }
    pthread_t get_id()
    {
        return tid_;
    }

private:
    // 使用索引序列传递
    static void *entry(void *args) // 调用存放的函数方法
    {
        thread *it = static_cast<thread *>(args);
        it->call(std::index_sequence_for<Args...>()); // 根据参数包生成索引序列
        return nullptr;
    }
    template <std::size_t... Is>
    void call(std::index_sequence<Is...>)
    {
        callback_(std::get<Is>(args_)...); // 将元组中的参数按照索引序列,逐个传递给callback_
    }

    // 使用折叠表达式直接展开
    static void *entry(void *args)
    {
        thread *it = static_cast<thread *>(args);
        std::apply(it->callback_, it->args_);
        return nullptr;
    }

private:
    pthread_t tid_;
    callback_t<Args...> callback_; // 存储函数方法
    std::tuple<Args...> args_;     // 存储参数包

    std::string name_;
    uint64_t start_timestamp_;
};

main.cpp

#include "thread.hpp"
#include <time.h>

using namespace std;

void test1(int x)
{
    cout << x << endl;
    usleep(20);
}
void test2(string data, int id)
{
    usleep(20);
    cout << id << ":data is " << data << endl;
    usleep(20);
}
int main()
{
    thread<int> t1(test1, 100);
    thread<string, int> t2(test2, "hello world", 2);
    t1.join();
    t2.join();
    cout << t1.get_name() << endl;
    cout << t2.get_name() << ":" << t2.get_time() << endl;
    return 0;
}

示例

可以看到,我们成功创建出线程,且正确执行了派发的函数任务: