linux C++ 面向对象线程类封装

最新推荐文章于 2023-11-05 21:28:18 发布

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本文介绍如何将pthread线程封装成抽象类，使用户能够轻松继承并实现所需逻辑，避免关注线程创建等底层细节。提供了两种实现方法：使用静态成员函数和友元函数。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

1.封装遇到的问题

将pthread线程封装为抽象类，这样用户在使用线程时，只需要继承一下这个抽象类，并实现相应的接口就可以了。这样做的好处是用户可以将注意力集中在线程所要执行的逻辑上，而不需要关注创建线程、销毁线程等细节问题上。

我们抽象类的名称为Thread，其中有一个成员函数run，该函数为的声明形式为：

void run() = 0;

即将该成员函数声明为纯虚函数，用户继承此类必须要实现此成员函数。Thread中还有另外一个成员函数start，该函数的声明形式为：

void start();

用户在子类中调用start方法，将启动线程，并在线程中执行run函数。

最常想到的方法就是在start方法中使用pthread_create创建一个线程，并调用run函数。如下面这样的实现：

 
   [cpp]  
   view plaincopy
void start()   
{   
    int status;  
   
    status = pthread_create(_pThread,NULL,Thread::run,NULL);   
    if(status != 0)   
        err_abort(“creating thread failure”,status);   
   
 }   

这样编译肯定是不能通过的，这是因为pthread_create要求的线程例程的接口形式为：

void *(*thread_routin)(void *args);

而上面代码中提供的线程例程的接口形式为：

void Thread::run()

显然不符合要求的接口。

为了能够在start中调用run函数，我们不得不采用一种迂回的方式。下面提供两种方法：一种是使用静态成员函数，另外一种是使用友元函数。

静态成员函数的作用域是全局的，而不仅仅局限于某个函数中。静态成员函数的实现方法和C语言中的普通函数类似，因此静态函数没有this指针，静态函数只能操作静态成员变量。之所以将静态函数封装到类中，在很大程度上也只是为了满足面向对象的特性之一-----封装性。

2.使用静态函数

需要特别注意的是mian函数中使用pthread_create的执行例程为MyThread类中的线程代理函数thread_proxy_func，在此函数中在调用run函数，这样就顺利的迂回到了run函数。基于这种方法，我们可以用静态函数来封装一个简单的抽象类，以下为封装的代码，由三个文件构成：Thread.h（类的声明文件），Thread.cpp（类的实现文件），main.cpp（测试文件）：

 
   [cpp]  
   view plaincopy
#ifndef THREAD_H  
#define THREAD_H  
#include <iostream>  
#include <pthread.h>  
  
using namespace std;  
  
class Thread  
{  
private:  
    //当前线程的线程ID  
    pthread_t tid;  
    //线程的状态  
    int threadStatus;  
    //获取执行方法的指针  
    static void * thread_proxy_func(void * args);  
    //内部执行方法  
    void* run1();  
public:  
    //线程的状态－新建  
    static const int THREAD_STATUS_NEW = 0;  
    //线程的状态－正在运行  
    static const int THREAD_STATUS_RUNNING = 1;  
    //线程的状态－运行结束  
    static const int THREAD_STATUS_EXIT = -1;  
    //构造函数  
    Thread();  
    //线程的运行实体  
    virtual void run()=0;  
    //开始执行线程  
    bool start();  
    //获取线程ID  
    pthread_t getThreadID();  
    //获取线程状态  
    int getState();  
    //等待线程直至退出  
    void join();  
    //等待线程退出或者超时  
    void join(unsigned long millisTime);  
};  
  
class MultiThread : public Thread  
{  
public:  
    void run()  
    {  
        int number = 0;  
        for (int i = 0; i < 10; i++)  
        {  
            cout << "Current number is " << number++;  
            cout << " PID is " << getpid() << " TID is " << getThreadID() << endl;  
            sleep(1);  
        }  
    }  
};  
  
#endif  

Thread.cpp

 
   [cpp]  
   view plaincopy
#include "thread.h"  
  
  
void* Thread::run1()  
{  
    threadStatus = THREAD_STATUS_RUNNING;  
    tid = pthread_self();  
    run();  
    threadStatus = THREAD_STATUS_EXIT;  
    tid = 0;  
    pthread_exit(NULL);  
}  
  
Thread::Thread()  
{  
    tid = 0;  
    threadStatus = THREAD_STATUS_NEW;  
}  
  
bool Thread::start()  
{  
        int iRet = 0;  
    pthread_create(&tid, NULL, thread_proxy_func, this) == 0;  
}  
  
pthread_t Thread::getThreadID()  
{  
    return tid;  
}  
  
int Thread::getState()  
{  
    return threadStatus;  
}  
  
void Thread::join()  
{  
    if (tid > 0)  
    {  
        pthread_join(tid, NULL);  
    }  
}  
void * Thread::thread_proxy_func(void * args)  
{  
        Thread * pThread = static_cast<Thread *>(args);   
   
        pThread->run();   
          
        return NULL;   
}  
  
void Thread::join(unsigned long millisTime)  
{  
    if (tid == 0)  
    {  
        return;  
    }  
    if (millisTime == 0)  
    {  
        join();  
    }else  
    {  
        unsigned long k = 0;  
        while (threadStatus != THREAD_STATUS_EXIT && k <= millisTime)  
        {  
            usleep(100);  
            k++;  
        }  
    }  
}  

main.cpp

 
   [cpp]  
   view plaincopy
#include <iostream>  
#include <pthread.h>  
#include "thread.h"  
  
using namespace std;  
  
int main(int argv,char *argc)  
{  
    MultiThread tt;  
    tt.start();  
    tt.join();  
    return 0;  
}  

3.使用友元函数

友元函数的作用和静态函数相同，都起到一个代理的作用。需要将对象的指针作为参数传递给这个友元函数，然后在友元函数中调用run函数。代码如下，

由三个文件构成：Thread.h（类的声明文件），Thread.cpp（类的实现文件），main.cpp（测试文件）：

Thread.h

 
   [cpp]  
   view plaincopy
#ifndef THREAD_H  
#define THREAD_H  
#include <iostream>  
#include <pthread.h>  
  
using namespace std;  
  
class Thread  
{  
private:  
    //当前线程的线程ID  
    pthread_t tid;  
    //线程的状态  
    int threadStatus;  
    //获取执行方法的指针  
    //static void * thread_proxy_func(void * args);  
    friend void * thread_proxy_func(void * args);  
    //内部执行方法  
    void* run1();  
public:  
    //线程的状态－新建  
    static const int THREAD_STATUS_NEW = 0;  
    //线程的状态－正在运行  
    static const int THREAD_STATUS_RUNNING = 1;  
    //线程的状态－运行结束  
    static const int THREAD_STATUS_EXIT = -1;  
    //构造函数  
    Thread();  
    //线程的运行实体  
    virtual void run()=0;  
    //开始执行线程  
    bool start();  
    //获取线程ID  
    pthread_t getThreadID();  
    //获取线程状态  
    int getState();  
    //等待线程直至退出  
    void join();  
    //等待线程退出或者超时  
    void join(unsigned long millisTime);  
};  
  
class MultiThread : public Thread  
{  
public:  
    void run()  
    {  
        int number = 0;  
        for (int i = 0; i < 10; i++)  
        {  
            cout << "Current number is " << number++;  
            cout << " PID is " << getpid() << " TID is " << getThreadID() << endl;  
            sleep(1);  
        }  
    }  
};  
  
#endif  

Thread.cpp

 
   [cpp]  
   view plaincopy
#include "thread.h"  
  
  
void* Thread::run1()  
{  
    threadStatus = THREAD_STATUS_RUNNING;  
    tid = pthread_self();  
    run();  
    threadStatus = THREAD_STATUS_EXIT;  
    tid = 0;  
    pthread_exit(NULL);  
}  
  
Thread::Thread()  
{  
    tid = 0;  
    threadStatus = THREAD_STATUS_NEW;  
}  
  
bool Thread::start()  
{  
        int iRet = 0;  
    pthread_create(&tid, NULL, thread_proxy_func, this) == 0;  
}  
  
pthread_t Thread::getThreadID()  
{  
    return tid;  
}  
  
int Thread::getState()  
{  
    return threadStatus;  
}  
  
void Thread::join()  
{  
    if (tid > 0)  
    {  
        pthread_join(tid, NULL);  
    }  
}  
void * thread_proxy_func(void * args)  
{  
        Thread * pThread = static_cast<Thread *>(args);   
   
        pThread->run();   
          
        return NULL;   
}  
  
void Thread::join(unsigned long millisTime)  
{  
    if (tid == 0)  
    {  
        return;  
    }  
    if (millisTime == 0)  
    {  
        join();  
    }else  
    {  
        unsigned long k = 0;  
        while (threadStatus != THREAD_STATUS_EXIT && k <= millisTime)  
        {  
            usleep(100);  
            k++;  
        }  
    }  
}  

main.cpp

 
   [cpp]  
   view plaincopy
#include <iostream>  
#include "thread.h"  
  
using namespace std;  
  
int main(int argv,char *argc)  
{  
    MultiThread tt;  
    tt.start();  
    tt.join();  
    return 0;  
}  

运行结果

makefile参考

 
   [plain]  
   view plaincopy
ANAME=server  
CC=g++  
TMP_PROGS = main.cpp thread.cpp  
PROGS = $(TMP_PROGS)  
OBJS = $(PROGS:.cpp=.o)  
INCDIR=./  
  
all: $(ANAME)  
  
$(ANAME): $(OBJS)  
    @echo "--------------- .o to ELT "  
    $(CC) -g $(TMP_PROGS) -o $@ -lpthread   
.cpp.o:  
    @echo "--------------- CPP to .o "  
    $(CC) -g $(CFLAGS) -I$(INCDIR) -c  $< -o $@  -lpthread   
  
clean:  
    $(RM) $(ANAME)  
    $(RM) *.o  