鄧學明

(四川托普信息技術職業學院  計算機系軟件研究所)

1.      前言

就在幾年前，用多線程執行程序還是一件非比尋常的事。然而今天互聯網應用服務程序普遍使用多線程來提高與多客戶鏈接時的效率；為了達到最大的吞吐量，事務服務器在單獨的線程上運行服務程序；GUI應用程序將那些費時，復雜的處理以線程的形式單獨運行，以此來保證用戶界面能夠及時響應用戶的操作。這樣使用多線程的例子還有很多。

但是C++標準并沒有涉及到多線程，這讓程序員們開始懷疑是否能夠寫出多線程的C++程序。盡管無法寫出符合標準的多線程程序，但是程序員們還是會使用支持多線程的操作系統提供的多線程庫來寫出多線程C++程序。但是這樣做至少有兩個問題：這些庫大部分都是用C語言完成的，如果在C++程序中要使用這些庫就必須十分小心；還有，每一個操作系統都有自己的一套支持多線程的類庫。因此，這樣寫出來得代碼是沒有標準可循的，也不是到處都適用的（non-portable)。Boost線程庫就是為了解決所有這些問題而設計的。

Boost是由C++標準委員會類庫工作組成員發起，該工作組是致力于為C++開發新的類庫的組織。現在它已經有近2000名成員。許多庫都可以在Boost源碼的發布版本中找到。為了確保這些類庫是線程安全的（thread-safe)，Boost線程庫被創建了。

許多C++專家都投身于Boost線程庫的開發中。所有接口的設計都是從0開始的，并不是C線程API的簡單封裝。許多C++特性（比如構造函數和析構函數，函數對象（function object)和模板）都被使用在其中以使接口更加靈活。現在的版本可以在POSIX,Win32和Macintosh Carbon平臺下工作。

本文運用利用Windows平臺的VC7開發工具，介紹了如何使用Boost庫中的Thread 庫實現多線程的應用程序。

2.      Boost

2.1.            C++ Boost庫簡介

boost是一個準標準庫，相當于STL的延續和擴充，它的設計理念和STL比較接近，都是利用泛型讓復用達到最大化。不過對比STL，boost更加實用。STL集中在算法部分，而boost包含了不少工具類，可以完成比較具體的工作。

boost主要包含一下幾個大類：字符串及文本處理、容器、迭代子(Iterator)、算法、函數對象和高階編程、泛型編程、模板元編程、預處理元編程、并發編程、數學相關、糾錯和測試、數據結構、輸入/輸出、跨語言支持、內存相關、語法分析、雜項。有一些庫是跨類別包含的，就是既屬于這個類別又屬于那個類別。

2.2.            編譯安裝Thread 庫

在Boost中絕大多數庫無需要編譯可以直接使用，但仍有一些由于平臺相關性的原因需要Build相應的lib或dll文件，Thread便是其中之一。

由于Boost使用jam工具進行編譯安裝，所以第一步應先編譯jam工具，在開始編譯前應先安裝好VC7開發環境，以下以$BOOSTDIR表示boost的存放目錄。

到$BOOSTDIR\tools\build\jam_src下執行build.bat對jam進行編譯，編譯結果將存放在$BOOSTDIR\ tools\build\jam_src\bin.ntx86下。

將$BOOSTDIR\ tools\build\jam_src\bin.ntx86加入PATH或復制bjam.exe到Widnows目錄，下面我們利用jam來編譯安裝Thread庫。

到$BOOSTDIR\libs\thread\build下執行

bjam -sTOOLS=vc-7_1 -sBUILD=debug和

bjam -sTOOLS=vc-7_1 -sBUILD=release進行編譯，編譯結果將存放在$BOOSTDIR\libs\thread\build\bin-stage下。

3.      應用Boost Thread

3.1.            準備工作

在VC7中新建一個Win32控制臺項目，并將運行時庫設置為多線程DLL，然后在設置附加庫目錄處加上$BOOSTDIR\libs\thread\build\bin-stage

3.2.            創建線程

就像std::fstream類代表一個文件一樣，boost::thread類代表一個可執行的線程。缺省構造函數創建一個代表當前執行線程的實例。一個重載的構造函數以一個不需任何參數的函數對象作為參數，并且沒有返回值。這個構造函數創建一個新的可執行線程，它調用了那個函數對象。

最初，大家認為傳統C創建線程的方法似乎比這樣的設計更有用，因為C創建線程的時候會傳入一個void*指針，通過這種方法就可以傳入數據。然而，由于 Boost線程庫是使用函數對象來代替函數指針，那么函數對象本身就可以攜帶線程所需的數據。因此這種方法更具靈活性，也是類型安全（type-safe) 的。當和Boost.Bind這樣的功能庫一起使用時，這樣的方法就可以讓你傳遞任意數量的數據給新建的線程。

3.3.            代碼實現

#include <boost/thread/thread.hpp>

#include <boost/bind.hpp>

#include <iostream>

#include <string>

void hello(const std::string &speekst)

{

                std::cout <<speekst<< std::endl;

}

int main(int argc, char* argv[])

{

         int iEnd;

         boost::thread thrd(boost::bind(hello,std::string("a Thread")));

         boost::thread other(boost::bind(hello,std::string("another Thread")));

    thrd.join();

         other.join();

         std::cin>>iEnd;  

         return 0;

}

3.4.            運行結果

運行程序后，屏幕上將輸出：

a Thread

another Thread

3.5.            代碼分析

首先，創建了兩個線程

boost::thread thrd(boost::bind(hello,std::string("a Thread")));

         boost::thread other(boost::bind(hello,std::string("another Thread")));

創建線程時使用了重載的構造函數。由于重載的構造函數只能接受不需任何參數的函數對象作為參數，但hello函數對象有一個const std::string &類型的參數，所以將Boost.Bind作為參數傳入構造函數，并且使用Boost.Bind還可以簡化創建線程攜帶數據，避免使用函數對象。

然后，執行線程對像的jion成員函數來等待線程執行完畢

thrd.join();

         other.join();

join并不是啟動線程，只是等待線程執行結束。本例中線程構造完成后立即執行。

4.      Boost Thread的未來

Boost線程庫正在計劃加入一些新特性。其中包括boost::read_write_mutex，它可以讓多個線程同時從共享區中讀取數據，但是一次只可能有一個線程向共享區寫入數據；boost::thread_barrier，它使得一組線程處于等待狀態，直到所有線程都進入了屏障區； boost::thread_pool,它允許執行一些小的routine而不必每一次都要創建或是銷毀一個線程。

Boost線程庫已經作為標準中的類庫技術報告中的附件提交給C++標準委員會，它的出現也為下一版C++標準吹響了第一聲號角。委員會成員對Boost 線程庫的初稿給予了很高的評價,當然他們還會考慮其他的多線程庫。他們對在C++標準中加入對多線程的支持非常感興趣。從這一點上也可以看出，多線程在C ++中的前途一片光明。

5.      結束語

目前，由Boost線程庫創建的線程對象功能還不是很強大。事實上它只能做兩項操作。線程對象可以方便使用==和!=進行比較來確定它們是否是代表同一個線程；你還可以調用boost::thread::join來等待線程執行完畢。其他一些線程庫可以讓你對線程做一些其他操作（比如設置優先級，甚至是取消線程）。然而，由于要在普遍適用（portable）的接口中加入這些操作不是簡單的事，目前仍在討論如何將這些操組加入到Boost線程庫中。

本例僅僅示范了如何使用Boost庫來編寫多線程的應用，在實際的軟件開發中可根據實際情況在此示例上加以擴充，以達到自己的需求。