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C++ シグナル処理

C++ シグナル処理

シグナルは、プログラムを途中で終了させるためにオペレーティング システムによってプロセスに渡される割り込みです。UNIX、LINUX、Mac OS X、または Windows システムでは、Ctrl+C を押すと割り込みを生成できます。

一部の信号はプログラムで捕捉できませんが、次の表に示す信号はプログラムで捕捉でき、信号に基づいて適切なアクションを実行できます。これらの信号は、C++ ヘッダー ファイル <csignal> で定義されます。

信号	説明
シガブト	abortの呼び出しなど、プログラムの異常終了 。
シグペ	ゼロによる除算やオーバーフローを引き起こす演算など、不正な算術演算。
密閉	不正な命令を検出します。
署名	インタラクティブな注意信号が受信されます。
シグセグブ	不正なメモリアクセス。
対象期間	終了リクエストがプログラムに送信されました。

signal() 関数

C++ 信号処理ライブラリは、 予期しないイベントをキャプチャする信号 関数を提供します。以下は、 signal() 関数の構文です-

void (*signal (int sig, void (*func)(int)))(int); 

この関数は 2 つのパラメータを受け取ります: 最初のパラメータは信号の番号を表す整数で、2 番目のパラメータは信号処理関数へのポインタです。

signal() 関数を使用して SIGINT シグナルをキャッチする簡単な C++ プログラムを作成してみましょう。プログラム内でどのようなシグナルをキャッチしたい場合でも、 シグナル 関数を使用してシグナルを登録し、シグナル ハンドラーに関連付ける必要があります。次の例を見てください。

#include <iostream>
#include <csignal>
#include <unistd.h>

using namespace std;

void signalHandler( int signum )
{
    cout << "Interrupt signal (" << signum << ") received.\n";

    // 清理并关闭
    // 终止程序  

   exit(signum);  

}

int main ()
{
    // 注册信号 SIGINT 和信号处理程序
    signal(SIGINT, signalHandler);  

    while(1){
       cout << "Going to sleep...." << endl;
       sleep(1);
    }

    return 0;
}

上記のコードをコンパイルして実行すると、次の結果が生成されます。

寝る……
寝る……
寝る……

ここで、Ctrl+C を押してプログラムを中断すると、プログラムがシグナルをキャッチし、次の内容を出力して終了することがわかります。

スリープします....
スリープします....
スリープします....
割り込み信号 (2) を受信しました。

raise() 関数

次の構文で整数の信号番号を引数として受け取る関数 raise()を使用して 信号を生成できます。

int raise (シグナル sig);

ここで、sig は 送信されるシグナルの番号です。これらのシグナルには、SIGINT、SIGABRT、SIGFPE、SIGILL、SIGSEGV、SIGTERM、SIGHUP が含まれます。以下は、 raise() 関数を使用して内部でシグナルを生成する例です。

#include <iostream>
#include <csignal>

using namespace std;

void signalHandler( int signum )
{
    cout << "Interrupt signal (" << signum << ") received.\n";

    // 清理并关闭
    // 终止程序 

   exit(signum);  

}

int main ()
{
    int i = 0;
    // 注册信号 SIGINT 和信号处理程序
    signal(SIGINT, signalHandler);  

    while(++i){
       cout << "Going to sleep...." << endl;
       if( i == 3 ){
          raise( SIGINT);
       }
       sleep(1);
    }

    return 0;
}

上記のコードをコンパイルして実行すると、次の結果が生成され、自動的に終了します。

スリープします....
スリープします....
スリープします....
割り込み信号 (2) を受信しました。

C++ マルチスレッド

C++ マルチスレッド

マルチスレッドは、コンピュータが 2 つ以上のプログラムを同時に実行できるようにする特殊な形式のマルチタスクです。一般に、マルチタスクにはプロセスベースとスレッドベースの 2 つのタイプがあります。

プロセスベースのマルチタスクは、プログラムの同時実行を扱います。スレッドベースのマルチタスクは、同じプログラムの一部の同時実行を扱います。

マルチスレッド プログラムは、同時に実行できる 2 つ以上の部分で構成されます。このようなプログラムの各部分はスレッドと呼ばれ、各スレッドは個別の実行パスを定義します。

C++ には、マルチスレッド アプリケーションのサポートが組み込まれていません。代わりに、この機能の提供はオペレーティング システムに完全に依存しています。

このチュートリアルでは、Linux オペレーティング システムを使用していることを前提としており、POSIX を使用してマルチスレッド C++ プログラムを作成します。POSIX スレッドまたは Pthread によって提供される API は、FreeBSD、NetBSD、GNU/Linux、Mac OS X、Solaris などの多くの Unix 系 POSIX システムで利用できます。

スレッドを作成する

POSIX スレッドの作成に使用できる次のルーチンがあります。

#include <pthread.h> 
pthread_create (スレッド、属性、開始ルーチン、引数)

ここで、pthread_create は 新しいスレッドを作成し、実行可能にします。このルーチンは、コード内のどこからでも何度でも呼び出すことができます。以下にパラメータの説明を示します。

パラメータ	説明
糸	ルーチンによって返された新しいスレッドを識別するために使用される、不透明な一意の識別子。
属性	スレッドのプロパティを設定するために使用できる不透明なプロパティ オブジェクト。スレッド属性オブジェクトを指定することも、デフォルト値 NULL を使用することもできます。
開始ルーチン	スレッドの作成後に実行される C++ ルーチン。
引数	start_routine に渡すことができる引数。これは、参照を void 型へのポインタとしてキャストすることによって渡す必要があります。引数が渡されない場合は、NULL が使用されます。

プロセスが作成できるスレッドの最大数は実装に依存します。作成されたスレッドは同等であり、別のスレッドを作成できます。スレッド間に暗黙の階層や依存関係はありません。

スレッドを終了する

POSIX スレッドを終了するために使用できる次のルーチンがあります。

#include <pthread.h> 
pthread_exit (ステータス)

ここで、pthread_exit はスレッドを明示的に終了するために使用されます。通常、 pthread_exit() ルーチンは、スレッドが作業を完了した後に存続する必要がなくなったときに呼び出されます。

main() が作成したスレッドが pthread_exit() を介して終了する前に終了した場合、他のスレッドは実行を継続します。それ以外の場合、それらは main() の終わりで自動的に終了します。

例

この簡単なコード例では、pthread_create() ルーチンを使用して 5 つのスレッドを作成します。各スレッドは「Hello World!」メッセージを出力し、pthread_exit() を呼び出してスレッドを終了します。

#include <iostream>
// 必须的头文件是
#include <pthread.h>

using namespace std;

#define NUM_THREADS 5

// 线程的运行函数
void* say_hello(void* args)
{
    cout << "Hello w3cschool！" << endl;
}

int main()
{
    // 定义线程的 id 变量，多个变量使用数组
    pthread_t tids[NUM_THREADS];
    for(int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i)
    {
        //参数依次是：创建的线程id，线程参数，调用的函数，传入的函数参数
        int ret = pthread_create(&tids[i], NULL, say_hello, NULL);
        if (ret != 0)
        {
           cout << "pthread_create error: error_code=" << ret << endl;
        }
    }
    //等各个线程退出后，进程才结束，否则进程强制结束了，线程可能还没反应过来；
    pthread_exit(NULL);
}

-lpthread ライブラリを使用して次のプログラムをコンパイルします。

$ g++ test.cpp -lpthread -o test.o

ここで、プログラムを実行すると次の結果が得られます。

$ ./test.o
Hello w3cschool！
Hello w3cschool！
Hello w3cschool！
Hello w3cschool！
Hello w3cschool！

次の簡単なコード例では、pthread_create() 関数を使用して 5 つのスレッドを作成し、受信パラメーターを受け取ります。各スレッドは「Hello w3cschool!」メッセージを出力し、受け取ったパラメータを出力してから、pthread_exit() を呼び出してスレッドを終了します。

//文件名：test.cpp

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <pthread.h>

using namespace std;

#define NUM_THREADS     5

void *PrintHello(void *threadid)
{  
   // 对传入的参数进行强制类型转换，由无类型指针变为整形数指针，然后再读取
   int tid = *((int*)threadid);
   cout << "Hello w3cschool！线程 ID, " << tid << endl;
   pthread_exit(NULL);
}

int main ()
{
   pthread_t threads[NUM_THREADS];
   int indexes[NUM_THREADS];// 用数组来保存i的值
   int rc;
   int i;
   for( i=0; i < NUM_THREADS; i++ ){      
      cout << "main() : 创建线程, " << i << endl;
      indexes[i] = i; //先保存i的值
      // 传入的时候必须强制转换为void* 类型，即无类型指针        
      rc = pthread_create(&threads[i], NULL, 
                          PrintHello, (void *)&(indexes[i]));
      if (rc){
         cout << "Error:无法创建线程," << rc << endl;
         exit(-1);
      }
   }
   pthread_exit(NULL);
}

プログラムをコンパイルして実行すると、次の結果が得られます。

$ g++ test.cpp -lpthread -o test.o 
$ ./test.o 
main() : スレッドの作成、0 
main() : スレッドの作成、1 
main() : スレッドの作成、2 
main() : スレッドの作成、3 
main() : スレッドの作成、4 
Hello w3cschool! スレッド ID、4 
Hello w3cschool! スレッド ID、3 
Hello w3cschool! スレッド ID、2 
Hello w3cschool! スレッド ID、1 
Hello w3cschool! スレッド ID、0

パラメータをスレッドに渡す

この例では、構造体を介して複数のパラメーターを渡す方法を示します。次の例に示すように、スレッド コールバックは void を指すため、任意のデータ型を渡すことができます。

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <pthread.h>

using namespace std;

#define NUM_THREADS     5

struct thread_data{
   int  thread_id;
   char *message;
};

void *PrintHello(void *threadarg)
{
   struct thread_data *my_data;

   my_data = (struct thread_data *) threadarg;

   cout << "Thread ID : " << my_data->thread_id ;
   cout << " Message : " << my_data->message << endl;

   pthread_exit(NULL);
}

int main ()
{
   pthread_t threads[NUM_THREADS];
   struct thread_data td[NUM_THREADS];
   int rc;
   int i;

   for( i=0; i < NUM_THREADS; i++ ){
      cout <<"main() : creating thread, " << i << endl;
      td[i].thread_id = i;
      td[i].message = "This is message";
      rc = pthread_create(&threads[i], NULL,
                          PrintHello, (void *)&td[i]);
      if (rc){
         cout << "Error:unable to create thread," << rc << endl;
         exit(-1);
      }
   }
   pthread_exit(NULL);
}

上記のコードをコンパイルして実行すると、次の結果が生成されます。

$ g++ -Wno-write-strings test.cpp -lpthread -o test.o 
$ ./test.o 
main() : スレッドの作成、0 
main() : スレッドの作成、1 
main() : スレッドの作成、2 
main( ) : スレッドの作成、3 
main() : スレッドの作成、4
スレッド ID : 3 メッセージ : これはメッセージです
スレッド ID : 2 メッセージ : これはメッセージです
スレッド ID : 0 メッセージ : これはメッセージです
スレッド ID : 1 メッセージ : これはメッセージです
スレッドID : 4 メッセージ : これはメッセージです

スレッドの結合と切り離し

スレッドに参加または切り離すために使用できるルーチンが 2 つあります。

pthread_join (スレッド ID、ステータス) 
pthread_detach (スレッド ID)

pthread_join() サブルーチンは、指定された threadid スレッドが終了するまで呼び出しルーチンをブロックします。スレッドが作成されると、そのプロパティの 1 つによって、スレッドが結合可能か切り離されるかが定義されます。作成時に参加可能として定義されたスレッドのみが参加できます。スレッドが作成時に分離可能として定義されている場合、そのスレッドを結合することはできません。

この例では、pthread_join() ルーチンを使用してスレッドの完了を待機する方法を示します。

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>

using namespace std;

#define NUM_THREADS     5

void *wait(void *t)
{
   int i;
   long tid;

   tid = (long)t;

   sleep(1);
   cout << "Sleeping in thread " << endl;
   cout << "Thread with id : " << tid << "  ...exiting " << endl;
   pthread_exit(NULL);
}

int main ()
{
   int rc;
   int i;
   pthread_t threads[NUM_THREADS];
   pthread_attr_t attr;
   void *status;

   // 初始化并设置线程为可连接的（joinable）
   pthread_attr_init(&attr);
   pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_JOINABLE);

   for( i=0; i < NUM_THREADS; i++ ){
      cout << "main() : creating thread, " << i << endl;
      rc = pthread_create(&threads[i], NULL, wait, (void *)&i );
      if (rc){
         cout << "Error:unable to create thread," << rc << endl;
         exit(-1);
      }
   }

   // 删除属性，并等待其他线程
   pthread_attr_destroy(&attr);
   for( i=0; i < NUM_THREADS; i++ ){
      rc = pthread_join(threads[i], &status);
      if (rc){
         cout << "Error:unable to join," << rc << endl;
         exit(-1);
      }
      cout << "Main: completed thread id :" << i ;
      cout << "  exiting with status :" << status << endl;
   }

   cout << "Main: program exiting." << endl;
   pthread_exit(NULL);
}

上記のコードをコンパイルして実行すると、次の結果が生成されます。

main() : スレッドの作成、0 
main() : スレッドの作成、1 
main() : スレッドの作成、2 
main() : スレッドの作成、3 
main() : スレッドの作成、4 id のスレッドで
スリープ中
: 4 .. .exiting
スレッド内でスリープ中
ID : 3 のスレッド ...終了
中 スレッド内
でスリープ中 ID : 2 のスレッド ...終了
中 スレッド内でスリープ中
ID : 1 のスレッド ...終了
中 スレッド内でスリープ中
ID : 0 のスレッド ...終了中
メイン: 完了したスレッド ID :0 ステータス :0 で終了します
メイン: 完了したスレッド ID :1 ステータス :0 で終了します
メイン: 完了したスレッド ID :2 ステータス :0 で
終了します メイン: 完了したスレッド ID :3 ステータス :0 で終了します
メイン: 完了したスレッド ID :4 ステータス :0 で終了します。
メイン: プログラムが終了します。