C++11でスレッドを終了する方法：std::promiseとstd::futureを使った安全な実装

C++11でスレッドを終了するには？

C++11には、スレッドを外部から直接強制終了するための標準的な仕組みが用意されていません。無理にスレッドを中断すると、リソースリークやデッドロックといった深刻な問題を引き起こす恐れがあるため、「スレッド自身に終了を判断させる」設計が推奨されます。

そこで活躍するのが、std::promiseとstd::futureを組み合わせた手法です。std::future<void>をスレッド関数に渡しておき、futureに値がセットされた（＝シグナルが届いた）時点でスレッドを終了させます。実際のデータを渡す必要がない場合は、void型のオブジェクトを使うだけで「終了シグナル」として機能させられます。

手順1：promiseオブジェクトを作成する

まず、次の構文でpromiseオブジェクトを生成します。

std::promise<void> exitSignal;

手順2：main関数でfutureオブジェクトを取得する

続いて、作成したpromiseオブジェクトから、それに関連付けられたfutureオブジェクトを取得します。

std::future<void> futureObj = exitSignal.get_future();

手順3：スレッド生成時にfutureを渡す

最後に、スレッドを作成する際にfutureオブジェクトを渡します。所有権の移動にはstd::moveを使用します。

std::thread th(&threadFunction, std::move(futureObj));

サンプルコード

以下は、上記の手順を実装した完全なサンプルコードです。メインスレッドは7秒間待機した後、promiseに値をセットしてワーカースレッドへ終了を通知します。

#include <thread>
#include <iostream>
#include <assert.h>
#include <chrono>
#include <future>
using namespace std;

void threadFunction(std::future<void> future){
    std::cout << "Starting the thread" << std::endl;
    // シグナルが届くまでループを継続
    while (future.wait_for(std::chrono::milliseconds(1)) == std::future_status::timeout){
        std::cout << "Executing the thread....." << std::endl;
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(500)); // 500ミリ秒待機
    }
    std::cout << "Thread Terminated" << std::endl;
}

int main(){
    std::promise<void> signal_exit; // promiseオブジェクトを作成
    std::future<void> future = signal_exit.get_future(); // futureオブジェクトを取得
    std::thread my_thread(&threadFunction, std::move(future)); // スレッドを開始し、futureをムーブ
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(7)); // 7秒間待機
    std::cout << "Threads will be stopped soon...." << std::endl;
    signal_exit.set_value(); // promiseに値をセットして終了を通知
    my_thread.join(); // メインスレッドと合流
    std::cout << "Doing task in main function" << std::endl;
}

実行結果

Starting the thread
Executing the thread.....
Executing the thread.....
Executing the thread.....
Executing the thread.....
Executing the thread.....
Executing the thread.....
Executing the thread.....
Executing the thread.....
Executing the thread.....
Executing the thread.....
Executing the thread.....
Executing the thread.....
Executing the thread.....
Executing the thread.....
Threads will be stopped soon....
Thread Terminated
Doing task in main function

動作のポイント

• wait_forによるポーリング： ワーカースレッド側はfuture.wait_for()で短いタイムアウト付きの状態確認を行い、タイムアウトしている間は処理を続行します。
• set_value()で終了を通知： メインスレッドがsignal_exit.set_value()を呼び出すと、futureの状態がreadyに変化し、whileループを抜けてスレッドが正常終了します。
• join()を忘れずに： 最後にjoin()でスレッドの完了を待ち合わせることで、リソースを安全に解放できます。

このように、C++11では強制終了ではなく、promise／futureによる協調的な終了通知を行うことで、安全かつ確実にスレッドを停止させることができます。