假設(shè)要寫(xiě)一個(gè)在后臺(tái)啟動(dòng)線(xiàn)程的函數(shù),想通過(guò)新線(xiàn)程返回的所有權(quán)去調(diào)用這個(gè)函數(shù),而不是等待線(xiàn)程結(jié)束再去調(diào)用;或完全與之相反的想法:創(chuàng)建一個(gè)線(xiàn)程,并在函數(shù)中轉(zhuǎn)移所有權(quán),都必須要等待線(xiàn)程結(jié)束??傊?,新線(xiàn)程的所有權(quán)都需要轉(zhuǎn)移。
這就是移動(dòng)引入std::thread的原因,C++標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中有很多資源占有(resource-owning)類(lèi)型,比如std::ifstream,std::unique_ptr還有std::thread都是可移動(dòng),但不可拷貝。這就說(shuō)明執(zhí)行線(xiàn)程的所有權(quán)可以在std::thread實(shí)例中移動(dòng),下面將展示一個(gè)例子。例子中,創(chuàng)建了兩個(gè)執(zhí)行線(xiàn)程,并且在std::thread實(shí)例之間(t1,t2和t3)轉(zhuǎn)移所有權(quán):
void some_function();
void some_other_function();
std::thread t1(some_function); // 1
std::thread t2=std::move(t1); // 2
t1=std::thread(some_other_function); // 3
std::thread t3; // 4
t3=std::move(t2); // 5
t1=std::move(t3); // 6 賦值操作將使程序崩潰
當(dāng)顯式使用std::move()創(chuàng)建t2后②,t1的所有權(quán)就轉(zhuǎn)移給了t2。之后,t1和執(zhí)行線(xiàn)程已經(jīng)沒(méi)有關(guān)聯(lián)了;執(zhí)行some_function的函數(shù)現(xiàn)在與t2關(guān)聯(lián)。
然后,與一個(gè)臨時(shí)std::thread對(duì)象相關(guān)的線(xiàn)程啟動(dòng)了③。為什么不顯式調(diào)用std::move()轉(zhuǎn)移所有權(quán)呢?因?yàn)?,所有者是一個(gè)臨時(shí)對(duì)象——移動(dòng)操作將會(huì)隱式的調(diào)用。
t3使用默認(rèn)構(gòu)造方式創(chuàng)建④,與任何執(zhí)行線(xiàn)程都沒(méi)有關(guān)聯(lián)。調(diào)用std::move()將與t2關(guān)聯(lián)線(xiàn)程的所有權(quán)轉(zhuǎn)移到t3中⑤。因?yàn)閠2是一個(gè)命名對(duì)象,需要顯式的調(diào)用std::move()。移動(dòng)操作⑤完成后,t1與執(zhí)行some_other_function的線(xiàn)程相關(guān)聯(lián),t2與任何線(xiàn)程都無(wú)關(guān)聯(lián),t3與執(zhí)行some_function的線(xiàn)程相關(guān)聯(lián)。
最后一個(gè)移動(dòng)操作,將some_function線(xiàn)程的所有權(quán)轉(zhuǎn)移⑥給t1。不過(guò),t1已經(jīng)有了一個(gè)關(guān)聯(lián)的線(xiàn)程(執(zhí)行some_other_function的線(xiàn)程),所以這里系統(tǒng)直接調(diào)用std::terminate()終止程序繼續(xù)運(yùn)行。這樣做(不拋出異常,std::terminate()是noexcept函數(shù))是為了保證與std::thread的析構(gòu)函數(shù)的行為一致。2.1.1節(jié)中,需要在線(xiàn)程對(duì)象被析構(gòu)前,顯式的等待線(xiàn)程完成,或者分離它;進(jìn)行賦值時(shí)也需要滿(mǎn)足這些條件(說(shuō)明:不能通過(guò)賦一個(gè)新值給std::thread對(duì)象的方式來(lái)"丟棄"一個(gè)線(xiàn)程)。
std::thread支持移動(dòng),就意味著線(xiàn)程的所有權(quán)可以在函數(shù)外進(jìn)行轉(zhuǎn)移,就如下面程序一樣。
清單2.5 函數(shù)返回std::thread對(duì)象
std::thread f()
{
void some_function();
return std::thread(some_function);
}
std::thread g()
{
void some_other_function(int);
std::thread t(some_other_function,42);
return t;
}
當(dāng)所有權(quán)可以在函數(shù)內(nèi)部傳遞,就允許std::thread實(shí)例可作為參數(shù)進(jìn)行傳遞,代碼如下:
void f(std::thread t);
void g()
{
void some_function();
f(std::thread(some_function));
std::thread t(some_function);
f(std::move(t));
}
std::thread支持移動(dòng)的好處是可以創(chuàng)建thread_guard類(lèi)的實(shí)例(定義見(jiàn) 清單2.3),并且擁有其線(xiàn)程的所有權(quán)。當(dāng)thread_guard對(duì)象所持有的線(xiàn)程已經(jīng)被引用,移動(dòng)操作就可以避免很多不必要的麻煩;這意味著,當(dāng)某個(gè)對(duì)象轉(zhuǎn)移了線(xiàn)程的所有權(quán)后,它就不能對(duì)線(xiàn)程進(jìn)行加入或分離。為了確保線(xiàn)程程序退出前完成,下面的代碼里定義了scoped_thread類(lèi)?,F(xiàn)在,我們來(lái)看一下這段代碼:
清單2.6 scoped_thread的用法
class scoped_thread
{
std::thread t;
public:
explicit scoped_thread(std::thread t_): // 1
t(std::move(t_))
{
if(!t.joinable()) // 2
throw std::logic_error(“No thread”);
}
~scoped_thread()
{
t.join(); // 3
}
scoped_thread(scoped_thread const&)=delete;
scoped_thread& operator=(scoped_thread const&)=delete;
};
struct func; // 定義在清單2.1中
void f()
{
int some_local_state;
scoped_thread t(std::thread(func(some_local_state))); // 4
do_something_in_current_thread();
} // 5
與清單2.3相似,不過(guò)這里新線(xiàn)程是直接傳遞到scoped_thread中④,而非創(chuàng)建一個(gè)獨(dú)立的命名變量。當(dāng)主線(xiàn)程到達(dá)f()函數(shù)的末尾時(shí),scoped_thread對(duì)象將會(huì)銷(xiāo)毀,然后加入③到的構(gòu)造函數(shù)①創(chuàng)建的線(xiàn)程對(duì)象中去。而在清單2.3中的thread_guard類(lèi),就要在析構(gòu)的時(shí)候檢查線(xiàn)程是否"可加入"。這里把檢查放在了構(gòu)造函數(shù)中②,并且當(dāng)線(xiàn)程不可加入時(shí),拋出異常。
std::thread對(duì)象的容器,如果這個(gè)容器是移動(dòng)敏感的(比如,標(biāo)準(zhǔn)中的std::vector<>),那么移動(dòng)操作同樣適用于這些容器。了解這些后,就可以寫(xiě)出類(lèi)似清單2.7中的代碼,代碼量產(chǎn)了一些線(xiàn)程,并且等待它們結(jié)束。
清單2.7 量產(chǎn)線(xiàn)程,等待它們結(jié)束
void do_work(unsigned id);
void f()
{
std::vector<std::thread> threads;
for(unsigned i=0; i < 20; ++i)
{
threads.push_back(std::thread(do_work,i)); // 產(chǎn)生線(xiàn)程
}
std::for_each(threads.begin(),threads.end(),
std::mem_fn(&std::thread::join)); // 對(duì)每個(gè)線(xiàn)程調(diào)用join()
}
我們經(jīng)常需要線(xiàn)程去分割一個(gè)算法的總工作量,所以在算法結(jié)束的之前,所有的線(xiàn)程必須結(jié)束。清單2.7說(shuō)明線(xiàn)程所做的工作都是獨(dú)立的,并且結(jié)果僅會(huì)受到共享數(shù)據(jù)的影響。如果f()有返回值,這個(gè)返回值就依賴(lài)于線(xiàn)程得到的結(jié)果。在寫(xiě)入返回值之前,程序會(huì)檢查使用共享數(shù)據(jù)的線(xiàn)程是否終止。操作結(jié)果在不同線(xiàn)程中轉(zhuǎn)移的替代方案,我們會(huì)在第4章中再次討論。
將std::thread放入std::vector是向線(xiàn)程自動(dòng)化管理邁出的第一步:并非為這些線(xiàn)程創(chuàng)建獨(dú)立的變量,并且將他們直接加入,可以把它們當(dāng)做一個(gè)組。創(chuàng)建一組線(xiàn)程(數(shù)量在運(yùn)行時(shí)確定),可使得這一步邁的更大,而非像清單2.7那樣創(chuàng)建固定數(shù)量的線(xiàn)程。