C++入门教程||C++ 信号处理||C++ 多线程

C++ 信号处理

C++ 信号处理

信号是由操作系统传给进程的中断，会提早终止一个程序。在 UNIX、LINUX、Mac OS X 或 Windows 系统上，可以通过按 Ctrl+C 产生中断。

有些信号不能被程序捕获，但是下表所列信号可以在程序中捕获，并可以基于信号采取适当的动作。这些信号是定义在 C++ 头文件 <csignal> 中。

信号	描述
SIGABRT	程序的异常终止，如调用 abort。
SIGFPE	错误的算术运算，比如除以零或导致溢出的操作。
SIGILL	检测非法指令。
SIGINT	接收到交互注意信号。
SIGSEGV	非法访问内存。
SIGTERM	发送到程序的终止请求。

signal() 函数

C++ 信号处理库提供了 signal 函数，用来捕获突发事件。以下是 signal() 函数的语法：

void (*signal (int sig, void (*func)(int)))(int); 

这个函数接收两个参数：第一个参数是一个整数，代表了信号的编号；第二个参数是一个指向信号处理函数的指针。

让我们编写一个简单的 C++ 程序，使用 signal() 函数捕获 SIGINT 信号。不管您想在程序中捕获什么信号，您都必须使用 signal 函数来注册信号，并将其与信号处理程序相关联。看看下面的实例：

#include <iostream>
#include <csignal>
#include <unistd.h>using namespace std;void signalHandler( int signum )
{cout << "Interrupt signal (" << signum << ") received.\n";// 清理并关闭// 终止程序  exit(signum);  }int main ()
{// 注册信号 SIGINT 和信号处理程序signal(SIGINT, signalHandler);  while(1){cout << "Going to sleep...." << endl;sleep(1);}return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Going to sleep....
Going to sleep....
Going to sleep....

现在，按 Ctrl+C 来中断程序，您会看到程序捕获信号，程序打印如下内容并退出：

Going to sleep....
Going to sleep....
Going to sleep....
Interrupt signal (2) received.

raise() 函数

您可以使用函数 raise() 生成信号，该函数带有一个整数信号编号作为参数，语法如下：

int raise (signal sig);

在这里，sig 是要发送的信号的编号，这些信号包括：SIGINT、SIGABRT、SIGFPE、SIGILL、SIGSEGV、SIGTERM、SIGHUP。以下是我们使用 raise() 函数内部生成信号的实例：

#include <iostream>
#include <csignal>using namespace std;void signalHandler( int signum )
{cout << "Interrupt signal (" << signum << ") received.\n";// 清理并关闭// 终止程序 exit(signum);  }int main ()
{int i = 0;// 注册信号 SIGINT 和信号处理程序signal(SIGINT, signalHandler);  while(++i){cout << "Going to sleep...." << endl;if( i == 3 ){raise( SIGINT);}sleep(1);}return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果，并会自动退出：

Going to sleep....
Going to sleep....
Going to sleep....
Interrupt signal (2) received.

C++ 多线程

C++ 多线程

多线程是多任务处理的一种特殊形式，多任务处理允许让电脑同时运行两个或两个以上的程序。在一般情况下，有两种类型的多任务处理：基于进程和基于线程。

基于进程的多任务处理处理的是程序的并发执行。基于线程的多任务处理的是同一程序的片段的并发执行。

多线程程序包含可以同时运行的两个或多个部分。这样的程序中的每个部分称为一个线程，每个线程定义了一个单独的执行路径。

C++ 不包含多线程应用程序的任何内置支持。相反，它完全依赖于操作系统来提供此功能。

本教程假设您使用的是 Linux 操作系统，我们要使用 POSIX 编写多线程 C++ 程序。POSIX Threads 或 Pthreads 提供的 API 可在多种类 Unix POSIX 系统上可用，比如 FreeBSD、NetBSD、GNU/Linux、Mac OS X 和 Solaris。

创建线程

有下面的例程，我们可以用它来创建一个 POSIX 线程：

#include <pthread.h>
pthread_create (thread, attr, start_routine, arg) 

在这里，pthread_create 创建一个新的线程，并让它可执行。这个例程可在代码内的任何地方被调用任意次数。下面是关于参数的说明：

参数	描述
thread	一个不透明的、唯一的标识符，用来标识例程返回的新线程。
attr	一个不透明的属性对象，可以被用来设置线程属性。您可以指定线程属性对象，也可以使用默认值 NULL。
start_routine	C++ 例程，一旦线程被创建就会执行。
arg	一个可能传递给 start_routine 的参数。它必须通过把引用作为指针强制转换为 void 类型进行传递。如果没有传递参数，则使用 NULL。

一个进程可以创建的最大线程数是依赖于实现的。线程一旦被创建，就是同等的，而且可以创建其他线程。线程之间没有隐含层次或依赖。

终止线程

有下面的例程，我们可以用它来终止一个 POSIX 线程：

#include <pthread.h>
pthread_exit (status) 

在这里，pthread_exit 用于显式地退出一个线程。通常情况下，pthread_exit() 例程是在线程完成工作后无需继续存在时被调用。

如果 main() 是在它所创建的线程之前结束，并通过 pthread_exit() 退出，那么其他线程将继续执行。否则，它们将在 main() 结束时自动被终止。

实例

这个简单的实例代码使用 pthread_create() 例程创建了 5 个线程。每个线程打印一个 "Hello World!" 消息，然后调用 pthread_exit() 终止线程。

#include <iostream>
// 必须的头文件是
#include <pthread.h>using namespace std;#define NUM_THREADS 5// 线程的运行函数
void* say_hello(void* args)
{cout << "Hello w3cschool！" << endl;
}int main()
{// 定义线程的 id 变量，多个变量使用数组pthread_t tids[NUM_THREADS];for(int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i){//参数依次是：创建的线程id，线程参数，调用的函数，传入的函数参数int ret = pthread_create(&tids[i], NULL, say_hello, NULL);if (ret != 0){cout << "pthread_create error: error_code=" << ret << endl;}}//等各个线程退出后，进程才结束，否则进程强制结束了，线程可能还没反应过来；pthread_exit(NULL);
}

使用 -lpthread 库编译下面的程序：

$ g++ test.cpp -lpthread -o test.o

现在，执行程序，将产生下列结果：

$ ./test.o
Hello w3cschool！
Hello w3cschool！
Hello w3cschool！
Hello w3cschool！
Hello w3cschool！

以下简单的实例代码使用 pthread_create() 函数创建了 5 个线程，并接收传入的参数。每个线程打印一个 "Hello w3cschool！" 消息，并输出接收的参数，然后调用 pthread_exit() 终止线程。

//文件名：test.cpp#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <pthread.h>using namespace std;#define NUM_THREADS     5void *PrintHello(void *threadid)
{  // 对传入的参数进行强制类型转换，由无类型指针变为整形数指针，然后再读取int tid = *((int*)threadid);cout << "Hello w3cschool！线程 ID, " << tid << endl;pthread_exit(NULL);
}int main ()
{pthread_t threads[NUM_THREADS];int indexes[NUM_THREADS];// 用数组来保存i的值int rc;int i;for( i=0; i < NUM_THREADS; i++ ){      cout << "main() : 创建线程, " << i << endl;indexes[i] = i; //先保存i的值// 传入的时候必须强制转换为void* 类型，即无类型指针        rc = pthread_create(&threads[i], NULL, PrintHello, (void *)&(indexes[i]));if (rc){cout << "Error:无法创建线程," << rc << endl;exit(-1);}}pthread_exit(NULL);
}

现在编译并执行程序，将产生下列结果：

$ g++ test.cpp -lpthread -o test.o
$ ./test.o
main() : 创建线程, 0
main() : 创建线程, 1
main() : 创建线程, 2
main() : 创建线程, 3
main() : 创建线程, 4
Hello w3cschool! 线程 ID, 4
Hello w3cschool! 线程 ID, 3
Hello w3cschool! 线程 ID, 2
Hello w3cschool! 线程 ID, 1
Hello w3cschool! 线程 ID, 0

向线程传递参数

这个实例演示了如何通过结构传递多个参数。您可以在线程回调中传递任意的数据类型，因为它指向 void，如下面的实例所示：

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <pthread.h>using namespace std;#define NUM_THREADS     5struct 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);
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

$ g++ -Wno-write-strings test.cpp -lpthread -o test.o
$ ./test.o
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

连接和分离线程

有以下两个例程，我们可以用它们来连接或分离线程：

pthread_join (threadid, status) 
pthread_detach (threadid) 

pthread_join() 子例程阻碍调用例程，直到指定的 threadid 线程终止为止。当创建一个线程时，它的某个属性会定义它是否是可连接的（joinable）或可分离的（detached）。只有创建时定义为可连接的线程才可以被连接。如果线程创建时被定义为可分离的，则它永远也不能被连接。

这个实例演示了如何使用 pthread_join() 例程来等待线程的完成。

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>using namespace std;#define NUM_THREADS     5void *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;// 初始化并设置线程为可连接的（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], NULL, wait, (void *)&i );if (rc){cout << "Error:unable to create thread," << rc << endl;exit(-1);}}// 删除属性，并等待其他线程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);
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

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 : 4  ...exiting 
Sleeping in thread 
Thread with id : 3  ...exiting 
Sleeping in thread 
Thread with id : 2  ...exiting 
Sleeping in thread 
Thread with id : 1  ...exiting 
Sleeping in thread 
Thread with id : 0  ...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.