C++向线程函数传递参数

C++11的多线程,传递参数时,有几个细节需要注意,如果没有处理好,有可能会得不到预期结果,甚至发生崩溃。

值类型参数

值类型的参数,很简单,直接传递,无论线程是detach还是join,都能稳定运行。

引用类型参数

关于引用类型的参数,先要举一个例子,详细说明一下在创建thread对象时,thread构造函数做的事情。

class A
{
public:
    A(int a):m_a(a)
    {
        std::cout << "A的构造函数,线程:" << std::this_thread::get_id() << ",this:"<<this << std::endl;
    }

    A(const A &a)
    {
        m_a = a.m_a;
        std::cout << "A的复制构造函数,线程:" << std::this_thread::get_id() << ",this:" << this << std::endl;
    }
    ~A()
    {
        std::cout << "A的析构函数,线程:" << std::this_thread::get_id() << ",this:" << this << std::endl;
    }
    int m_a;
};

void f(const A& a)
{
    std::cout << "启动线程f:" << std::this_thread::get_id() << std::endl;
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(5));
    std::cout << "结束线程f:" << std::this_thread::get_id() << std::endl;
}
int main()
{

    std::cout << "主线程启动:" << std::this_thread::get_id() << std::endl;
    {
        A a(5);
        std::thread threadF(f, a);
        threadF.join();
    }
}

在运行该程序前,我们可以预测一下代码执行流程。由于线程参数使用的是引用,所以子线程应该会引用主线程中创建的对象a。但实际运行结果并不是这样,运行结果如下:


从打印的日志,可以推断出代码的执行顺序为:

  1. 主线程启动,线程ID为:5672。
  2. 在主线程中创建A的对象a。
  3. 在主线程中调用A的复制构造函数,这个是在创建线程对象时,线程的构造函数对传入的对象a进行复制。
  4. 子线程对象被创建后,就开始执行,线程ID为:52336。
  5. 子线程执行完毕。
  6. 子线程中的资源被销毁,在主线程复制出来对象也被销毁,所以在子线程中会调用A的析构函数。
  7. 主线程执行完毕,第2步中在主线程中创建出来的对象a,被销毁,所以在主线程中也会调用A的析构函数。

所以,虽然函数的第二个参数期待传入一个引用,但是std::thread的构造函数并不知晓,构造函数无视函数期待的参数类型,并“盲目”拷贝已提供的变量。如果你期望主线程和子线程引用的同一个对象,那这种传参方式肯定不是不行,这就必须使用std::ref()来进行包装:

std::thread threadF(f, std::ref(a));

运行结果如下:



但这也引出另外一个问题,上面代码,如果把线程以detach运行,对象a出了作用域,就会被析构,那么引用就会失效,线程中引用a时,就会造成不可预知的问题。

隐式类型转换造成的隐患

众做周知,默认情况下,如果传递的实参类型与形参类型不匹配,则c++会尝试把实参类型转为形参类型,比如:

class A
{
public:
    A(int a):m_a(a)
    {
        std::cout << "A构造函数,线程:" << std::this_thread::get_id() << ",this:"<<this << std::endl;
    }

    A(const A &a)
    {
        m_a = a.m_a;
        std::cout << "A复制构造函数,线程:" << std::this_thread::get_id() << ",this:" << this << std::endl;
    }
    ~A()
    {
        std::cout << "A析构函数,线程:" << std::this_thread::get_id() << ",this:" << this << std::endl;
    }
    int m_a;
};
void f(const A& a)
{
    std::cout << "启动线程f:" << std::this_thread::get_id() << "," << &a << std::endl;
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(5));
    std::cout << a.m_a << std::endl;
    std::cout << "结束线程f:" << std::this_thread::get_id() << "," << &a << std::endl;
}
int main()
{
    std::cout << "主线程启动:" << std::this_thread::get_id() << std::endl;
    {
        int a = 10;
        std::thread threadF(f, a);
        threadF.join();
    }
}

程序运行结果如下:



可以看出程序的运行结果如下:

  1. 主线程启动,线程ID为:46424。
  2. 在主线程中构造子线程,把int型a,传入子线程的构造函数中
  3. 在子线程中创建A的临时对象,线程ID为:44148
  4. 线程函数启动,并执行。
  5. 子线程执行完毕,A的临时对象被析构。

上面的实例看起来是没有问题,但存在一个隐患,临时对象的创建是在子线程中进行的,如果指向动态变量的指针作为参数传递给线程,且在子线程还没有使用该指针指向的资源之前,资源就被释放掉了,程序就发生不可预知的后果。拿官方示例说明:

void f(int i,std::string const& s);
void oops(int some_param)
{
  char buffer[1024]; // 1
  sprintf(buffer, "%i",some_param);
  std::thread t(f,3,buffer); // 2
  t.detach();
}

buffer是一个局部的字符数组变量,f需要一个const string的引用,主线程构造子线程t时,会把buff传入,即const char*,在子线程中会把const char*隐式转化为string。由于这个隐式转换是在子线程中进行的,所以时机不能确定,有可能发生在buff被释放后,就会造成崩溃。
所以不建议在子线程中进行隐式类型转换,尽量在主线程中显式类型装换。

void f(int i,std::string const& s);
void not_oops(int some_param)
{
  char buffer[1024];
  sprintf(buffer,"%i",some_param);
  std::thread t(f,3,std::string(buffer));  // 使用std::string,避免悬垂指针
  t.detach();
}
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