• 操作系統：ubuntu22.04
• IDE:Visual Studio Code
• 編程語言：C++11

算法描述

std::thread 是 C++11 標準庫中用于創建和管理線程的核心類，定義在 頭文件中。它使得多線程編程變得簡單、類型安全且跨平臺。

一、std::thread 簡介

std::thread 是一個類，代表一個執行線程。你可以用它來啟動一個函數（普通函數、lambda、函數對象、成員函數等）在新的線程中運行。
🔧 所需頭文件：

#include <thread>

📦 常用成員函數：

函數	說明
join()	等待線程執行完畢（阻塞主線程）
detach()	分離線程，讓其在后臺獨立運行
get_id()	獲取線程的唯一 ID
joinable()	判斷線程是否可以 join 或 detach
swap()	交換兩個 thread 對象
native_handle()	獲取底層平臺的原生線程句柄（如 pthread_t）

二、創建線程的多種方式（附示例）

1. 使用普通函數

#include <iostream>
#include <thread>
#include <chrono>void hello() 
{std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));std::cout << "Hello from thread " << std::this_thread::get_id() << std::endl;
}int main()
{std::thread t(hello);  // 啟動線程執行 hello 函數std::cout << "Main thread ID: " << std::this_thread::get_id() << std::endl;t.join();  // 等待線程結束std::cout << "Thread joined." << std::endl;return 0;
}

輸出示例：

Main thread ID: 1
Hello from thread 2
Thread joined.

2. 使用帶參數的函數

void print_message(const std::string& msg, int n) 
{for (int i = 0; i < n; ++i) {std::cout << msg << std::endl;std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(50));}
}int main()
{std::thread t(print_message, "Hello from thread!", 3);std::cout << "Main thread is running..." << std::endl;t.join();std::cout << "Thread finished." << std::endl;return 0;
}

?? 注意：參數是值傳遞的。如果要傳引用，必須用 std::ref。

? 正確傳遞引用：

void increment(int& x)
{++x;
}int main() 
{int a = 0;std::thread t(increment, std::ref(a));  // 使用 std::ref 傳引用t.join();std::cout << "a = " << a << std::endl;  // 輸出: a = 1return 0;
}

? 3. 使用 Lambda 表達式

int main()
{int local = 10;std::thread t([local](){  // 捕獲 local 的副本std::cout << "Lambda: local = " << local << std::endl;std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));});t.join();return 0;
}

提示：如果要修改捕獲的變量，使用 mutable 或傳引用：

std::thread t([&local]() mutable 
{local += 5;std::cout << "Modified: " << local << std::endl;
});

? 4. 使用函數對象（仿函數）

struct Task 
{void operator()() const{std::cout << "Task executed in thread " << std::this_thread::get_id() << std::endl;}
};int main() 
{std::thread t(Task{});t.join();return 0;
}

? 5. 使用類的成員函數

class Worker 
{
public:void work(int id){std::cout << "Worker " << id << " working in thread " << std::this_thread::get_id() << std::endl;}
};int main() 
{Worker w;std::thread t(&Worker::work, &w, 42);  // &w 是對象指針，42 是參數t.join();return 0;
}

🔍 解釋：&Worker::work 是成員函數指針，&w 是對象地址，42 是參數。

三、join() vs detach()

? 每個 std::thread 對象在析構前必須被 join 或 detach，否則程序會 std::terminate()。
? join()：等待線程結束

std::thread t(some_function);
t.join();  // 主線程阻塞，直到 t 結束
// 此時 t 不再可 join，t.joinable() 返回 false

? detach()：分離線程

std::thread t(some_function);
t.detach();  // 線程在后臺運行，不再與 thread 對象關聯
// 不能再 join，線程生命周期由系統管理

?? 分離線程的風險：如果主線程結束，整個程序終止，分離線程也會被強制終止。

🧪 四、檢查線程狀態：joinable()

std::thread t(some_function);if (t.joinable()) 
{t.join();  // 安全調用
}

常用于異常安全代碼中，確保線程被正確處理。

🧰 五、線程 ID 與當前線程操作

#include <iostream>
#include <thread>void show_id() 
{std::cout << "This thread ID: " << std::this_thread::get_id() << std::endl;
}int main() 
{std::thread t(show_id);std::cout << "Main thread ID: " << std::this_thread::get_id() << std::endl;t.join();// 讓出 CPU 時間片std::this_thread::yield();// 休眠 500 毫秒std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(500));return 0;
}

🧱 六、線程安全與共享數據（簡單示例）

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>int counter = 0;
std::mutex mtx;void increment() 
{for (int i = 0; i < 100000; ++i) {std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);++counter;}
}int main() 
{std::thread t1(increment);std::thread t2(increment);t1.join();t2.join();std::cout << "Final counter: " << counter << std::endl;  // 應為 200000return 0;
}

🔐 使用 std::mutex 和 std::lock_guard 保護共享變量 counter。

🚫 七、常見錯誤與注意事項

? 錯誤1：未調用 join 或 detach

int main()
{std::thread t([]{ std::cout << "Hello"; });return 0;  // t 析構時未 join/detach → 調用 std::terminate()
}

? 正確做法：

std::thread t(...);
// ...
t.join();  // 或 t.detach();

? 錯誤2：傳遞指針或引用時對象已銷毀

std::thread t(increment, std::ref(local_var));
// 如果 local_var 是局部變量且線程未結束，可能訪問已銷毀內存

? 建議：確保線程使用的數據生命周期長于線程本身。

? 八、完整示例：多線程并行計算

#include <iostream>
#include <vector>
#include <thread>
#include <numeric>void accumulate(const std::vector<int>& vec, int start, int end, int& result){result = std::accumulate(vec.begin() + start, vec.begin() + end, 0);
}int main() 
{std::vector<int> data(100000, 1);  // 10萬個1int sum1 = 0, sum2 = 0;std::thread t1(accumulate, std::ref(data), 0, 50000, std::ref(sum1));std::thread t2(accumulate, std::ref(data), 50000, 100000, std::ref(sum2));t1.join();t2.join();std::cout << "Total sum: " << sum1 + sum2 << std::endl;  // 100000return 0;
}

總結：std::thread 核心要點

要點	說明
? 啟動線程	std::thread t(func, args…)
? 等待結束	t.join()
? 后臺運行	t.detach()
? 安全檢查	t.joinable()
? 線程ID	t.get_id() 或 std::this_thread::get_id()
? 傳引用	使用 std::ref()
? 異常安全	在異常路徑中也要 join/detach

掌握 std::thread 是學習 C++ 多線程的第一步。結合 mutex、condition_variable 和 future，你就能構建出高效、安全的并發程序。建議多寫小例子練習傳參、生命周期管理、同步等關鍵點。