C++ 多線程程式設計實戰：從 pthread 基礎到鎖機制與線程協作

環境與編譯

• OS：Linux（Raspbian/Ubuntu/CentOS 等），Windows MinGW 亦可。
• 頭文件：<pthread.h>
• 編譯鏈接：g++ -o prog prog.cpp -lpthread（靜態鏈接可加 -static）。

基礎線程建立與退出

#include 
#include 
using namespace std;

void* thread_func(void* arg) {
    cout << "Thread running: " << (char*)arg << endl;
    return nullptr;
}

int main() {
    pthread_t t1, t2;
    pthread_create(&t1, nullptr, thread_func, (void*)"Thread-1");
    pthread_create(&t2, nullptr, thread_func, (void*)"Thread-2");
    pthread_exit(nullptr); // 等待所有線程結束
    return 0;
}

注意：線程啟動順序不確定，多次執行輸出順序可能不同。

類成員函式作為線程入口

必須宣告為 static，因為非靜態成員函式隱含 this 指標，簽名不匹配 void*(*)(void*)。
靜態成員函式屬於類而非物件，無 this，符合線程函式簽名。

class MyThread {
public:
    static void* run(void* arg) { ... }
};
pthread_create(&tid, nullptr, MyThread::run, nullptr);

參數傳遞

通過 void* arg 傳遞任意資料指標，線程內 static_cast 還原。生命週期管理至關重要：確保主線程不早於子線程銷毀參數物件。

線程同步與控制三大機制

1. 條件變量/標誌位輪詢（不推薦生產環境）

bool flag = true;
void* worker(void*) { while(flag) { /* busy wait */ } }
flag = false; // 主線程通知停止

缺點：忙等待浪費 CPU，無法精確控制順序。

2. pthread_join：等待特定線程結束

pthread_t t1, t2;
pthread_create(&t1, nullptr, func1, nullptr);
pthread_join(t1, nullptr); // 阻塞直到 t1 結束
pthread_create(&t2, nullptr, func2, nullptr); // t1 結束後才啟動 t2
pthread_join(t2, nullptr);

可獲取線程返回值（pthread_exit 傳遞的 void*）。

3. 互斥鎖：保護共享資料

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
int shared = 0;

void* inc(void*) {
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    ++shared;
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    return nullptr;
}

作用：確保同一時間僅一線程訪問臨界區。不保證執行順序，僅保證互斥存取。

進階主題：條件變量、讀寫鎖、線程池

生產級開發建議使用 C++11 <thread>、<mutex>、<condition_variable>、<future> 等標準庫設施，跨平台、型別安全、支援 RAII 鎖管理（lock_guard、unique_lock），避免手動 pthread 的易錯誤細節。

總結

• 線程建立：pthread_create，靜態成員函式入口。
• 參數傳遞：void*，注意生命週期。
• 同步控制：pthread_join 等待結束，pthread_mutex 保護共享資料。
• 現代 C++ 首選 std::thread 族群，更安全易用。