构造线程时会发生什么，以及线程是如何执行的

Question

我对多线程完全陌生，在理解多线程的实际工作原理方面有点困难。

让我们考虑以下代码示例。该程序只是将文件名作为输入并计算其中的小写字母数量。

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <memory>
#include <vector>
#include <string>
#include <fstream>
#include <ctype.h>

class LowercaseCounter{
public:
    LowercaseCounter() :
        total_count(0)
    {}
    void count_lowercase_letters(const std::string& filename)
    {
        int count = 0;
        std::ifstream fin(filename);
        char a;
        while (fin >> a)
        {
            if (islower(a))
            {
                std::lock_guard<std::mutex> guard(m);
                ++total_count;
            }
        }
    }
    void print_num() const
    {
        std::lock_guard<std::mutex> guard(m);
        std::cout << total_count << std::endl;
    }
private:
    int total_count;
    mutable std::mutex m;
};
int main(){
    std::vector<std::unique_ptr<std::thread>> threads;
    LowercaseCounter counter;
    std::string line;
    while (std::cin >> line)
    {
        if (line == "exit")
            break;
        else if (line == "print")
            counter.print_num(); //I think that this should print 0 every time it's called.
        else
            threads.emplace_back(new std::thread(&LowercaseCounter::count_lowercase_letters, counter, line));
    }
    for (auto& thread : threads)
        thread->join();
}

首先，我认为counter.print_num() 的输出将打印 0，因为线程尚未“加入”以执行函数。然而，事实证明程序运行正常，counter.print_num() 的输出不是 0。所以我问了自己以下问题。

构造线程时实际发生了什么？

如果上面的程序运行正常，那么线程必须在创建时执行，那么std::thread::join方法是做什么的？

如果线程是在创建的时候执行的，那么在这个例子中使用多线程有什么意义呢？

提前致谢。

Answer 1

您似乎认为程序一次只能运行一个线程，并且它需要中断正在执行的任何操作才能执行线程的代码。事实并非如此。

您可以将线程视为一个完全独立的程序，它碰巧与创建它的程序共享内存和资源。您作为参数传递的函数是该程序的“main()”，用于每个意图和目的。在 Linux 中，线程字面意思是独立的进程，但就 C++ 而言，这只是一个实现细节。

因此，在具有抢先式多任务处理的现代操作系统中，就像多个程序可以同时运行一样，线程也可以同时运行。请注意，我说可以，由编译器和操作系统决定何时为每个线程分配 CPU 时间。

那么 std::thread::join 方法是做什么的呢？

它只是等到线程完成。

如果我不为每个线程调用 join() 方法会发生什么

它会在到达main() 的末尾时崩溃，因为尝试退出程序而不加入非分离线程被视为错误。

Answer 2

如你所说，在 c++ 中，线程在创建时执行，所有std::thread::join 所做的只是等待线程完成执行。

在您的代码中，所有线程将在循环中同时开始执行，然后主线程将等待每个线程在下一个循环中完成执行。