執行緒管理練習題 (Practice - Thread Management)

std::thread 的解構函式會呼叫 std::terminate(),整個程式立即終止。因此即使有例外存在,也必須確保執行緒在物件解構前被 join(匯入) 或 detach(分離)。

它被編譯器解析為函式宣告(most vexing parse):宣告一個回傳 std::thread、參數為函式指標的函式 my_thread——執行緒根本沒啟動。修正方式:

1. 多一組括號:std::thread my_thread((background_task()));
2. 統一初始化語法:std::thread my_thread{background_task()};
3. 使用命名變數或 lambda。

join() 只能呼叫一次。join 會清理執行緒相關記憶體,此後 std::thread 物件與已完成的執行緒不再有任何關聯,joinable() 回傳 false,不能再次匯入(detach 後同樣回傳 false)。

參數一律被拷貝到新執行緒的儲存空間,內部再以右值傳遞;右值無法綁定非 const 左值參考,因此編譯錯誤。修正:以 std::ref(data) 包裝,函式才會收到 data 的參考thread 與 std::bind 採相同機制。

回傳系統可真正並行的執行緒數量(多核心系統上通常為 CPU 核心數),但僅是一個提示。回傳 0 代表無法取得該資訊,此時呼叫端應自選合理預設值(書中範例選 2)。

1. 透過物件成員函式 t.get_id();2. 在當前執行緒中呼叫 std::this_thread::get_id()(定義於 <thread>)。未關聯執行緒時,get_id() 回傳預設建構的 std::thread::id,表示「無執行緒」。std::thread::id 可拷貝、比較、排序,也有 std::hash 特化,可當有序/無序容器的鍵。

拷貝進執行緒的是 char* 指標,buffer → std::string 的隱式轉換發生在新執行緒的上下文,可能在函式返回、buffer 銷毀之後才執行 → 懸空指標、未定義行為。修正:傳入前先顯式轉換——std::thread t(f, 3, std::string(buffer));。

命名變數必須顯式移動:std::thread t(process_big_object, std::move(p));(臨時物件才會自動隱式移動)。批次管理用容器:

std::vector<std::thread> threads;
for (unsigned i = 0; i < 20; ++i) threads.emplace_back(do_work, i);
for (auto& entry : threads) entry.join();

• thread_guard:持 std::thread&,解構函式中檢查 joinable() 才 join;原 thread 物件仍存在,可能被外部誤用(如再 detach)。
• scoped_thread:以 std::move 接管所有權,檢查提前到建構函式——不可匯入即拋 std::logic_error;解構時無條件 join,原物件已被移走,杜絕誤用。錯誤更早暴露,語意更安全。
• 兩者皆刪除拷貝操作。標準化後繼者為 C++20 std::jthread(書中的 joining_thread;C++17 提案未達共識)。

• (a) max_threads = (length+min_per_thread-1)/min_per_thread 保證每條執行緒有足夠工作量;與硬體執行緒數取 min 是因為超過硬體支援只會增加上下文切換、降低效能(oversubscription)。
• (b) 啟動前主執行緒已存在且會處理最終塊,所以只需再開 num_threads-1 條。
• (c) 浮點加法不滿足結合律(截斷誤差),分塊改變了累加順序,結果可能與序列版不同。另外此演算法要求前向迭代器、T 有預設建構函式。