Native_handle访问系统原生线程句柄

C++11 为多线程编程提供了标准化的线程库，通过 std::thread 类封装了底层操作系统的线程库。然而，不同的操作系统具有各自的线程管理功能，有时我们需要直接访问这些功能，而 C++ 标准库并不提供这些系统特定的操作。为了弥补这一不足，C++11 提供了 native_handle() 成员函数，允许我们访问与操作系统相关的原生线程句柄，进而利用操作系统的线程 API 来进行更多的控制。

一、为什么需要 `native_handle()`？

虽然 C++11 的 std::thread 类为多线程编程提供了统一的接口，但它封装了操作系统的线程库，限制了我们对线程的底层操作。有时我们可能需要直接使用操作系统提供的线程控制功能，例如取消线程、设置线程优先级、绑定线程到特定 CPU 核心等。这些操作在 C++ 标准库中是无法实现的，但通过 native_handle()，我们可以获取操作系统的原生线程句柄，从而使用底层线程库完成这些操作。

二、`native_handle()` 的用法

native_handle() 是 std::thread 类的一个成员函数，它返回与操作系统相关的线程句柄。这个句柄可以用来调用操作系统提供的线程管理函数。

在 Linux 系统中，native_handle() 返回的是 pthread_t 类型的线程句柄，这个句柄可以用于调用 POSIX 线程库（pthread）的函数。
在 Windows 系统中，它返回的是 HANDLE 类型的句柄，供 Windows API 使用。

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pthread_t native_handle() noexcept; // Linux 系统上的函数签名

三、使用 `native_handle()` 操作线程

下面的代码展示了如何使用 native_handle() 获取 Linux 操作系统的原生线程句柄，并通过 pthread_cancel() 取消线程的执行。

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#include <iostream>
#include <thread>
#include <pthread.h> // Linux 的 pthread 线程库头文件。
#include <chrono>    // 处理休眠时间
using namespace std;

void func() {  // 线程任务函数
    for (int ii = 1; ii <= 10; ii++) {
        cout << "ii = " << ii << endl;
        this_thread::sleep_for(chrono::seconds(1));  // 每次循环休眠 1 秒
    }
}

int main() {
    // 创建线程，执行 func 函数
    thread tt(func);

    // 主线程休眠 5 秒
    this_thread::sleep_for(chrono::seconds(5));

    // 获取 Linux 原生的线程句柄
    pthread_t thid = tt.native_handle();

    // 使用 pthread_cancel 取消线程
    pthread_cancel(thid);

    // 等待线程结束
    tt.join();

    return 0;
}

3.1 代码分析

线程创建：thread tt(func); 创建了一个执行 func() 函数的线程，线程开始运行，并输出 ii 的值。
主线程休眠：this_thread::sleep_for(chrono::seconds(5)); 主线程休眠 5 秒，给子线程一些时间运行。
获取原生句柄：pthread_t thid = tt.native_handle(); 通过 native_handle() 获取了线程的原生 pthread_t 句柄。
取消线程：pthread_cancel(thid); 调用 POSIX 的 pthread_cancel() 函数来取消正在执行的线程。
等待线程结束：tt.join(); 主线程等待子线程完成。即使线程被取消，我们依然需要调用 join() 来正确回收线程的资源。

3.2 输出结果

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ii = 1
ii = 2
ii = 3
ii = 4
ii = 5

在主线程休眠 5 秒后，调用 pthread_cancel() 取消子线程。由于子线程在 5 秒后被取消，只有前 5 次的 ii 输出被打印。

四、使用 `native_handle()` 的注意事项

平台依赖性：native_handle() 返回的线程句柄类型是操作系统相关的。例如在 Linux 系统上，它返回 pthread_t，而在 Windows 系统上返回的是 HANDLE。因此，使用 native_handle() 时要确保代码针对不同操作系统进行适配。
线程安全性：当调用操作系统的线程函数时，要确保线程的状态和生命周期是安全的。例如，在调用 pthread_cancel() 取消线程之前，应确保线程已经正确启动。
异常处理：在多线程环境中，异常处理非常重要。特别是在使用系统原生的线程 API 时，需要注意处理可能的错误，例如取消失败、权限问题等。

五、应用场景

native_handle() 主要用于以下场景：

线程优先级控制：通过原生线程句柄，可以设置线程的调度优先级，以确保关键任务线程能够优先获得 CPU 资源。
线程取消：在某些情况下，必须强制取消正在运行的线程，标准 C++ 线程库不提供此功能，但通过 native_handle() 可以调用底层操作系统提供的取消函数。
线程绑定：有时需要将线程绑定到特定的 CPU 核心，以提高多线程程序的性能，特别是在多核 CPU 的环境中。这可以通过操作系统的线程库实现。

六、总结

C++11 的 std::thread 为跨平台的多线程编程提供了便利，但它隐藏了底层的许多细节，限制了我们对线程的精细控制。通过 native_handle()，我们能够访问操作系统提供的原生线程句柄，从而利用操作系统的线程库来执行更多特定的操作。

虽然 native_handle() 提供了灵活性，但使用时需要谨慎，特别是在跨平台开发中，需要针对不同系统编写适配代码。

一、为什么需要 native_handle()？#

二、native_handle() 的用法#

三、使用 native_handle() 操作线程#

3.1 代码分析#

3.2 输出结果#

四、使用 native_handle() 的注意事项#

五、应用场景#

六、总结#