C++中取消线程后cout进入错误状态的原因探究

问题代码 #

#include <iostream>
#include <pthread.h>
#include <assert.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
using namespace std;

void *func_1 (void *arg)
{
    for (;;) {
        cout << "1" << endl;
        sleep (1);
    }
    return NULL;
}

void *func_2 (void *arg)
{
    for (;;) {
        cout << "222" << endl ;
        sleep (1);
    }
    return NULL;
}
int main (void)
{
    pthread_t thread_1, thread_2;
    assert (pthread_create (&thread_1, NULL, func_1, NULL) == 0);
    assert (pthread_create (&thread_2, NULL, func_2, NULL) == 0);
    pthread_cancel (thread_1);
    pthread_join (thread_1, NULL);
    pthread_join (thread_2, NULL);
}

程序输出 #

1
222

问题描述 #

程序输出上述内容后进入阻塞状态，此时cout.bad()和cout.fail()均返回true；改用printf()则运行正常，调用cout.clear()后程序可恢复正常。需要解释为何cout会进入错误状态。

原因分析 #

1. 线程取消打断IO操作
   当主线程调用pthread_cancel(thread_1)时，thread_1可能正处于cout << "1" << endl;的执行过程中——endl会触发标准输出流的缓冲区刷新操作，这个操作涉及内核级系统调用（将缓冲区数据写入终端）。而IO操作属于POSIX定义的线程取消点，线程会在这个点响应取消请求，直接终止执行。

2. C++流的状态被异常置位
   C标准输出流cout内部维护了状态标志位（如badbit、failbit），用于标识流操作的健康状态。当线程在IO系统调用过程中被强制终止时，未完成的IO操作会被判定为失败，C标准库会自动将cout的badbit和failbit置为true，标记流处于错误状态，后续所有流操作都会直接失败，导致thread_2的cout输出被抑制，程序表现为阻塞。

3. printf不受影响的原因
   C标准库的printf函数实现逻辑与C++流不同：对于被中断的系统调用，C标准库通常会尝试自动重启系统调用（若对应信号为可重启类型），或者不会将中断关联到流的错误状态上，因此printf可以继续正常输出。

4. cout.clear()恢复的原理
   cout.clear()函数的作用是重置流的所有错误状态标志位，将badbit、failbit等恢复为false，让cout重新回到可操作状态，后续的流操作即可正常执行。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者sixsixqaq