C++ マルチスレッド
マルチスレッドは、マルチタスクの特殊な形式であり、マルチタスクは、コンピューターで 2 つ以上のプログラムを同時に実行できるようにする機能です。一般に、マルチタスクにはプロセスベースとスレッドベースの 2 種類があります。
プロセスベースのマルチタスキングは、プログラムの同時実行を処理します。スレッドベースのマルチタスキングは、同じプログラムの断片の同時実行を処理します。
マルチスレッド プログラムには、同時に実行できる 2 つ以上の部分が含まれます。このようなプログラムの各部分はスレッドと呼ばれ、各スレッドは個別の実行パスを定義します。
C++ には、マルチスレッド アプリケーションの組み込みサポートは含まれていません。代わりに、この機能を提供するためにオペレーティング システムに完全に依存しています。
このチュートリアルでは、Linux OS で作業していて、POSIX を使用してマルチスレッド C++ プログラムを作成することを前提としています。 POSIX スレッドまたは Pthreads は、FreeBSD、NetBSD、GNU/Linux、Mac OS X、Solaris など、多くの Unix ライクな POSIX システムで利用できる API を提供します。
スレッドの作成
次のルーチンは、POSIX スレッドを作成するために使用されます −
#include <pthread.h> pthread_create (thread, attr, start_routine, arg)
ここで、pthread_create 新しいスレッドを作成し、実行可能にします。このルーチンは、コード内のどこからでも何度でも呼び出すことができます。パラメータの説明は次のとおりです-
| Sr.No | パラメータと説明 |
|---|---|
| 1 | スレッド サブルーチンによって返される新しいスレッドの不透明で一意の識別子。 |
| 2 | 属性 スレッド属性の設定に使用できる不透明な属性オブジェクト。スレッド属性オブジェクトを指定するか、デフォルト値として NULL を指定できます。 |
| 3 | start_routine 作成後にスレッドが実行する C++ ルーチン。 |
| 4 | 引数 start_routine に渡すことができる単一の引数。これは、型 void のポインター キャストとして参照渡しする必要があります。引数を渡さない場合は、NULL を使用できます。 |
プロセスによって作成されるスレッドの最大数は、実装によって異なります。作成されたスレッドはピアであり、他のスレッドを作成する場合があります。スレッド間に暗黙の階層や依存関係はありません。
スレッドの終了
POSIXスレッドを終了するために使用する次のルーチンがあります-
#include <pthread.h> pthread_exit (status)
ここで pthread_exit スレッドを明示的に終了するために使用されます。通常、pthread_exit() ルーチンは、スレッドが作業を完了し、存在する必要がなくなった後に呼び出されます。
main() が作成したスレッドの前に終了し、pthread_exit() で終了した場合、他のスレッドは引き続き実行されます。それ以外の場合、main() が終了すると自動的に終了します。
例
この簡単なコード例は、pthread_create() ルーチンで 5 つのスレッドを作成します。各スレッドは「Hello World!」を出力します。メッセージを送信し、pthread_exit() の呼び出しで終了します。
#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <pthread.h>
using namespace std;
#define NUM_THREADS 5
void *PrintHello(void *threadid) {
long tid;
tid = (long)threadid;
cout << "Hello World! Thread ID, " << tid << endl;
pthread_exit(NULL);
}
int main () {
pthread_t threads[NUM_THREADS];
int rc;
int i;
for( i = 0; i < NUM_THREADS; i++ ) {
cout << "main() : creating thread, " << i << endl;
rc = pthread_create(&threads[i], NULL, PrintHello, (void *)i);
if (rc) {
cout << "Error:unable to create thread," << rc << endl;
exit(-1);
}
}
pthread_exit(NULL);
}
次のように -lpthread ライブラリを使用して次のプログラムをコンパイルします −
$gcc test.cpp -lpthread
ここで、次の出力を与えるプログラムを実行します-
main() : creating thread, 0 main() : creating thread, 1 main() : creating thread, 2 main() : creating thread, 3 main() : creating thread, 4 Hello World! Thread ID, 0 Hello World! Thread ID, 1 Hello World! Thread ID, 2 Hello World! Thread ID, 3 Hello World! Thread ID, 4
引数をスレッドに渡す
この例は、構造体を介して複数の引数を渡す方法を示しています。次の例で説明するように、void を指すため、スレッド コールバックで任意のデータ型を渡すことができます −
#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <pthread.h>
using namespace std;
#define NUM_THREADS 5
struct thread_data {
int thread_id;
char *message;
};
void *PrintHello(void *threadarg) {
struct thread_data *my_data;
my_data = (struct thread_data *) threadarg;
cout << "Thread ID : " << my_data->thread_id ;
cout << " Message : " << my_data->message << endl;
pthread_exit(NULL);
}
int main () {
pthread_t threads[NUM_THREADS];
struct thread_data td[NUM_THREADS];
int rc;
int i;
for( i = 0; i < NUM_THREADS; i++ ) {
cout <<"main() : creating thread, " << i << endl;
td[i].thread_id = i;
td[i].message = "This is message";
rc = pthread_create(&threads[i], NULL, PrintHello, (void *)&td[i]);
if (rc) {
cout << "Error:unable to create thread," << rc << endl;
exit(-1);
}
}
pthread_exit(NULL);
}
上記のコードをコンパイルして実行すると、次の結果が生成されます −
main() : creating thread, 0 main() : creating thread, 1 main() : creating thread, 2 main() : creating thread, 3 main() : creating thread, 4 Thread ID : 3 Message : This is message Thread ID : 2 Message : This is message Thread ID : 0 Message : This is message Thread ID : 1 Message : This is message Thread ID : 4 Message : This is message
スレッドの結合と切り離し
スレッドを結合または切り離すために使用できる次の 2 つのルーチンがあります −
pthread_join (threadid, status) pthread_detach (threadid)
pthread_join() サブルーチンは、指定された「threadid」スレッドが終了するまで呼び出しスレッドをブロックします。スレッドが作成されると、その属性の 1 つで、結合可能か分離可能かが定義されます。結合可能として作成されたスレッドのみ結合できます。スレッドが切り離された状態で作成された場合、スレッドを結合することはできません。
この例は、Pthread 結合ルーチンを使用してスレッドの完了を待機する方法を示しています。
#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
using namespace std;
#define NUM_THREADS 5
void *wait(void *t) {
int i;
long tid;
tid = (long)t;
sleep(1);
cout << "Sleeping in thread " << endl;
cout << "Thread with id : " << tid << " ...exiting " << endl;
pthread_exit(NULL);
}
int main () {
int rc;
int i;
pthread_t threads[NUM_THREADS];
pthread_attr_t attr;
void *status;
// Initialize and set thread joinable
pthread_attr_init(&attr);
pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_JOINABLE);
for( i = 0; i < NUM_THREADS; i++ ) {
cout << "main() : creating thread, " << i << endl;
rc = pthread_create(&threads[i], &attr, wait, (void *)i );
if (rc) {
cout << "Error:unable to create thread," << rc << endl;
exit(-1);
}
}
// free attribute and wait for the other threads
pthread_attr_destroy(&attr);
for( i = 0; i < NUM_THREADS; i++ ) {
rc = pthread_join(threads[i], &status);
if (rc) {
cout << "Error:unable to join," << rc << endl;
exit(-1);
}
cout << "Main: completed thread id :" << i ;
cout << " exiting with status :" << status << endl;
}
cout << "Main: program exiting." << endl;
pthread_exit(NULL);
}
上記のコードをコンパイルして実行すると、次の結果が生成されます −
main() : creating thread, 0 main() : creating thread, 1 main() : creating thread, 2 main() : creating thread, 3 main() : creating thread, 4 Sleeping in thread Thread with id : 0 .... exiting Sleeping in thread Thread with id : 1 .... exiting Sleeping in thread Thread with id : 2 .... exiting Sleeping in thread Thread with id : 3 .... exiting Sleeping in thread Thread with id : 4 .... exiting Main: completed thread id :0 exiting with status :0 Main: completed thread id :1 exiting with status :0 Main: completed thread id :2 exiting with status :0 Main: completed thread id :3 exiting with status :0 Main: completed thread id :4 exiting with status :0 Main: program exiting.
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