C++ Linux環境下如何進行多線程編程

在Linux環境下使用C++進行多線程編程，主要依賴于POSIX線程庫（pthread）。以下是一些基本步驟和示例代碼，幫助你開始使用C++進行多線程編程。

1. 包含頭文件

首先，你需要包含pthread庫的頭文件：

#include <pthread.h>

2. 定義線程函數

線程函數是每個線程執行的函數。它必須符合以下簽名：

void* thread_function(void* arg);

參數arg是一個指向線程參數的指針。

3. 創建線程

使用pthread_create函數創建線程：

#include <iostream>
#include <pthread.h>

// 線程函數
void* thread_function(void* arg) {
    int* num = static_cast<int*>(arg);
    std::cout << "Thread " << *num << " is running." << std::endl;
    return nullptr;
}

int main() {
    pthread_t threads[5];
    int thread_args[5] = {1, 2, 3, 4, 5};

    // 創建線程
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        if (pthread_create(&threads[i], nullptr, thread_function, &thread_args[i]) != 0) {
            std::cerr << "Failed to create thread "<< i << std::endl;
            return 1;
        }
    }

    // 等待線程結束
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        pthread_join(threads[i], nullptr);
    }

    std::cout << "All threads have finished." << std::endl;
    return 0;
}

4. 編譯和運行

使用g++編譯你的程序，并鏈接pthread庫：

g++ -pthread your_program.cpp -o your_program
./your_program

5. 同步機制

在多線程編程中，同步機制非常重要。常用的同步機制包括互斥鎖（mutex）、條件變量（condition variable）和信號量（semaphore）。

互斥鎖（mutex）

#include <iostream>
#include <pthread.h>

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void* thread_function(void* arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    std::cout << "Thread " << *(static_cast<int*>(arg)) << " is running." << std::endl;
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    return nullptr;
}

int main() {
    pthread_t threads[5];
    int thread_args[5] = {1, 2, 3, 4, 5};

    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        if (pthread_create(&threads[i], nullptr, thread_function, &thread_args[i]) != 0) {
            std::cerr << "Failed to create thread "<< i << std::endl;
            return 1;
        }
    }

    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        pthread_join(threads[i], nullptr);
    }

    std::cout << "All threads have finished." << std::endl;
    return 0;
}

條件變量（condition variable）

#include <iostream>
#include <pthread.h>

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
bool ready = false;

void* producer(void* arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    std::cout << "Producer is producing data..." << std::endl;
    // 模擬生產數據
    sleep(2);
    ready = true;
    std::cout << "Data is ready." << std::endl;
    pthread_cond_signal(&cond);
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    return nullptr;
}

void* consumer(void* arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    while (!ready) {
        std::cout << "Consumer is waiting for data..." << std::endl;
        pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
    }
    std::cout << "Consumer received data." << std::endl;
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    return nullptr;
}

int main() {
    pthread_t producer_thread, consumer_thread;

    pthread_create(&producer_thread, nullptr, producer, nullptr);
    pthread_create(&consumer_thread, nullptr, consumer, nullptr);

    pthread_join(producer_thread, nullptr);
    pthread_join(consumer_thread, nullptr);

    std::cout << "Program finished." << std::endl;
    return 0;
}

6. 銷毀線程

線程結束后，可以使用pthread_exit函數顯式地結束線程：

void* thread_function(void* arg) {
    // 線程工作
    pthread_exit(nullptr);
}

通過以上步驟，你可以在Linux環境下使用C++進行基本的多線程編程。根據具體需求，你可以進一步探索和使用更多的同步機制和線程管理功能。