深入淺出Win32多線程程序設(shè)計(jì)之線程控制

WIN32線程控制主要實(shí)現(xiàn)線程的創(chuàng)建、終止、掛起和恢復(fù)等操作，這些操作都依賴于WIN32提供的一組API和具體編譯器的C運(yùn)行時(shí)庫(kù)函數(shù)。

　　1.線程函數(shù)

　　在啟動(dòng)一個(gè)線程之前，必須為線程編寫一個(gè)全局的線程函數(shù)，這個(gè)線程函數(shù)接受一個(gè)32位的LPVOID作為參數(shù)，返回一個(gè)UINT，線程函數(shù)的結(jié)構(gòu)為：

UINT ThreadFunction(LPVOID pParam) { 　//線程處理代碼 　return0; }

　　在線程處理代碼部分通常包括一個(gè)死循環(huán)，該循環(huán)中先等待某事情的發(fā)生，再處理相關(guān)的工作：

while(1) { 　WaitForSingleObject(…,…);//或WaitForMultipleObjects(…) 　//Do something }

　　一般來說，C++的類成員函數(shù)不能作為線程函數(shù)。這是因?yàn)樵陬愔卸x的成員函數(shù)，編譯器會(huì)給其加上this指針。請(qǐng)看下列程序：

#include "windows.h" #include <process.h> class ExampleTask { 　public: 　　void taskmain(LPVOID param); 　　void StartTask(); }; void ExampleTask::taskmain(LPVOID param) {} void ExampleTask::StartTask() { 　_beginthread(taskmain,0,NULL); } int main(int argc, char* argv[]) { 　ExampleTask realTimeTask; 　realTimeTask.StartTask(); 　return 0; }

　　程序編譯時(shí)出現(xiàn)如下錯(cuò)誤：

error C2664: '_beginthread' : cannot convert parameter 1 from 'void (void *)' to 'void (__cdecl *)(void *)' None of the functions with this name in scope match the target type

　　再看下列程序：

#include "windows.h" #include <process.h> class ExampleTask { 　public: 　　void taskmain(LPVOID param); }; void ExampleTask::taskmain(LPVOID param) {} int main(int argc, char* argv[]) { 　ExampleTask realTimeTask; 　_beginthread(ExampleTask::taskmain,0,NULL); 　return 0; }

　　程序編譯時(shí)會(huì)出錯(cuò)：

error C2664: '_beginthread' : cannot convert parameter 1 from 'void (void *)' to 'void (__cdecl *)(void *)' None of the functions with this name in scope match the target type

　　如果一定要以類成員函數(shù)作為線程函數(shù)，通常有如下解決方案：

　　（1）將該成員函數(shù)聲明為static類型，去掉this指針；

　　我們將上述二個(gè)程序改變?yōu)椋?br>

#include "windows.h" #include <process.h> class ExampleTask { 　public: 　　void static taskmain(LPVOID param); 　　void StartTask(); }; void ExampleTask::taskmain(LPVOID param) {} void ExampleTask::StartTask() { 　_beginthread(taskmain,0,NULL); } int main(int argc, char* argv[]) { 　ExampleTask realTimeTask; 　realTimeTask.StartTask(); 　return 0; } 和 #include "windows.h" #include <process.h> class ExampleTask { 　public: 　　void static taskmain(LPVOID param); }; void ExampleTask::taskmain(LPVOID param) {} int main(int argc, char* argv[]) { 　_beginthread(ExampleTask::taskmain,0,NULL); 　return 0; }

　　均編譯通過。

　　將成員函數(shù)聲明為靜態(tài)雖然可以解決作為線程函數(shù)的問題，但是它帶來了新的問題，那就是static成員函數(shù)只能訪問static成員。解決此問題的一種途徑是可以在調(diào)用類靜態(tài)成員函數(shù)（線程函數(shù)）時(shí)將this指針作為參數(shù)傳入，并在改線程函數(shù)中用強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換將this轉(zhuǎn)換成指向該類的指針，通過該指針訪問非靜態(tài)成員。

　?。?）不定義類成員函數(shù)為線程函數(shù)，而將線程函數(shù)定義為類的友元函數(shù)。這樣，線程函數(shù)也可以有類成員函數(shù)同等的權(quán)限；

　　我們將程序修改為：

#include "windows.h" #include <process.h> class ExampleTask { 　public: 　　friend void taskmain(LPVOID param); 　　void StartTask(); }; void taskmain(LPVOID param) { 　ExampleTask * pTaskMain = (ExampleTask *) param; 　//通過pTaskMain指針引用 } void ExampleTask::StartTask() { 　_beginthread(taskmain,0,this); } int main(int argc, char* argv[]) { 　ExampleTask realTimeTask; 　realTimeTask.StartTask(); 　return 0; }

　?。?）可以對(duì)非靜態(tài)成員函數(shù)實(shí)現(xiàn)回調(diào)，并訪問非靜態(tài)成員，此法涉及到一些高級(jí)技巧，在此不再詳述。

2.創(chuàng)建線程

　　進(jìn)程的主線程由操作系統(tǒng)自動(dòng)生成，Win32提供了CreateThread API來完成用戶線程的創(chuàng)建，該API的原型為：

HANDLE CreateThread( 　LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes,//Pointer to a SECURITY_ATTRIBUTES structure 　SIZE_T dwStackSize, //Initial size of the stack, in bytes. 　LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress, 　LPVOID lpParameter, //Pointer to a variable to be passed to the thread 　DWORD dwCreationFlags, //Flags that control the creation of the thread 　LPDWORD lpThreadId //Pointer to a variable that receives the thread identifier );

　　如果使用C/C++語(yǔ)言編寫多線程應(yīng)用程序，一定不能使用操作系統(tǒng)提供的CreateThread API，而應(yīng)該使用C/C++運(yùn)行時(shí)庫(kù)中的_beginthread（或_beginthreadex），其函數(shù)原型為：

uintptr_t _beginthread( 　void( __cdecl *start_address )( void * ), //Start address of routine that begins execution of new thread 　unsigned stack_size, //Stack size for new thread or 0. 　void *arglist //Argument list to be passed to new thread or NULL ); uintptr_t _beginthreadex( 　void *security,//Pointer to a SECURITY_ATTRIBUTES structure 　unsigned stack_size, 　unsigned ( __stdcall *start_address )( void * ), 　void *arglist, 　unsigned initflag,//Initial state of new thread (0 for running or CREATE_SUSPENDED for suspended); 　unsigned *thrdaddr );

　　_beginthread函數(shù)與Win32 API 中的CreateThread函數(shù)類似，但有如下差異：

　?。?）通過_beginthread函數(shù)我們可以利用其參數(shù)列表arglist將多個(gè)參數(shù)傳遞到線程；

　?。?）_beginthread 函數(shù)初始化某些 C 運(yùn)行時(shí)庫(kù)變量，在線程中若需要使用 C 運(yùn)行時(shí)庫(kù)。

　　3.終止線程

　　線程的終止有如下四種方式：

　　（1）線程函數(shù)返回；

　　（2）線程自身調(diào)用ExitThread 函數(shù)即終止自己，其原型為：

VOID ExitThread(UINT fuExitCode );

　　它將參數(shù)fuExitCode設(shè)置為線程的退出碼。

　　注意：如果使用C/C++編寫代碼，我們應(yīng)該使用C/C++運(yùn)行時(shí)庫(kù)函數(shù)_endthread (_endthreadex)終止線程，決不能使用ExitThread！
_endthread 函數(shù)對(duì)于線程內(nèi)的條件終止很有用。例如，專門用于通信處理的線程若無法獲取對(duì)通信端口的控制，則會(huì)退出。

　　（3）同一進(jìn)程或其他進(jìn)程的線程調(diào)用TerminateThread函數(shù)，其原型為：

BOOL TerminateThread(HANDLE hThread,DWORD dwExitCode);

　　該函數(shù)用來結(jié)束由hThread參數(shù)指定的線程，并把dwExitCode設(shè)成該線程的退出碼。當(dāng)某個(gè)線程不再響應(yīng)時(shí)，我們可以用其他線程調(diào)用該函數(shù)來終止這個(gè)不響應(yīng)的線程。

　?。?）包含線程的進(jìn)程終止。

　　最好使用第1種方式終止線程，第2~4種方式都不宜采用。

　　4.掛起與恢復(fù)線程

　　當(dāng)我們創(chuàng)建線程的時(shí)候，如果給其傳入CREATE_SUSPENDED標(biāo)志，則該線程創(chuàng)建后被掛起，我們應(yīng)使用ResumeThread恢復(fù)它：

DWORD ResumeThread(HANDLE hThread);

　　如果ResumeThread函數(shù)運(yùn)行成功，它將返回線程的前一個(gè)暫停計(jì)數(shù)，否則返回0x FFFFFFFF。

　　對(duì)于沒有被掛起的線程，程序員可以調(diào)用SuspendThread函數(shù)強(qiáng)行掛起之：

DWORD SuspendThread(HANDLE hThread);

　　一個(gè)線程可以被掛起多次。線程可以自行暫停運(yùn)行，但是不能自行恢復(fù)運(yùn)行。如果一個(gè)線程被掛起n次，則該線程也必須被恢復(fù)n次才可能得以執(zhí)行。

5.設(shè)置線程優(yōu)先級(jí)

　　當(dāng)一個(gè)線程被首次創(chuàng)建時(shí)，它的優(yōu)先級(jí)等同于它所屬進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)。在單個(gè)進(jìn)程內(nèi)可以通過調(diào)用SetThreadPriority函數(shù)改變線程的相對(duì)優(yōu)先級(jí)。一個(gè)線程的優(yōu)先級(jí)是相對(duì)于其所屬進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)而言的。

BOOL SetThreadPriority(HANDLE hThread, int nPriority);

　　其中參數(shù)hThread是指向待修改優(yōu)先級(jí)線程的句柄，線程與包含它的進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)關(guān)系如下：

　　　線程優(yōu)先級(jí) = 進(jìn)程類基本優(yōu)先級(jí) + 線程相對(duì)優(yōu)先級(jí)

　　進(jìn)程類的基本優(yōu)先級(jí)包括：

　?。?）實(shí)時(shí)：REALTIME_PRIORITY_CLASS；

　?。?）高：HIGH _PRIORITY_CLASS；

　?。?）高于正常：ABOVE_NORMAL_PRIORITY_CLASS；

　?。?）正常：NORMAL _PRIORITY_CLASS；

　?。?）低于正常：BELOW_ NORMAL _PRIORITY_CLASS；

　?。?）空閑：IDLE_PRIORITY_CLASS。

　　我們從Win32任務(wù)管理器中可以直觀的看到這六個(gè)進(jìn)程類優(yōu)先級(jí)，如下圖：


　　線程的相對(duì)優(yōu)先級(jí)包括：

　?。?）空閑：THREAD_PRIORITY_IDLE；

　　（2）最低線程：THREAD_PRIORITY_LOWEST；

　?。?）低于正常線程：THREAD_PRIORITY_BELOW_NORMAL；

　?。?）正常線程：THREAD_PRIORITY_ NORMAL (缺省)；

　　（5）高于正常線程：THREAD_PRIORITY_ABOVE_NORMAL；

　?。?）最高線程：THREAD_PRIORITY_HIGHEST；

　?。?）關(guān)鍵時(shí)間：THREAD_PRIOTITY_CRITICAL。

　　下圖給出了進(jìn)程優(yōu)先級(jí)和線程相對(duì)優(yōu)先級(jí)的映射關(guān)系：


　　例如：

HANDLE hCurrentThread = GetCurrentThread(); //獲得該線程句柄 SetThreadPriority(hCurrentThread, THREAD_PRIORITY_LOWEST);

　　6.睡眠

VOID Sleep(DWORD dwMilliseconds);

　　該函數(shù)可使線程暫停自己的運(yùn)行，直到dwMilliseconds毫秒過去為止。它告訴系統(tǒng)，自身不想在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)被調(diào)度。

　　7.其它重要API

　　獲得線程優(yōu)先級(jí)

　　一個(gè)線程被創(chuàng)建時(shí)，就會(huì)有一個(gè)默認(rèn)的優(yōu)先級(jí)，但是有時(shí)要?jiǎng)討B(tài)地改變一個(gè)線程的優(yōu)先級(jí)，有時(shí)需獲得一個(gè)線程的優(yōu)先級(jí)。

Int GetThreadPriority (HANDLE hThread);

　　如果函數(shù)執(zhí)行發(fā)生錯(cuò)誤，會(huì)返回THREAD_PRIORITY_ERROR_RETURN標(biāo)志。如果函數(shù)成功地執(zhí)行，會(huì)返回優(yōu)先級(jí)標(biāo)志。

　　獲得線程退出碼

BOOL WINAPI GetExitCodeThread( 　HANDLE hThread, 　LPDWORD lpExitCode );

　　如果執(zhí)行成功，GetExitCodeThread返回TRUE，退出碼被lpExitCode指向內(nèi)存記錄；否則返回FALSE，我們可通過GetLastError()獲知錯(cuò)誤原因。如果線程尚未結(jié)束，lpExitCode帶回來的將是STILL_ALIVE。

獲得/設(shè)置線程上下文 BOOL WINAPI GetThreadContext( 　HANDLE hThread, 　LPCONTEXT lpContext ); BOOL WINAPI SetThreadContext( 　HANDLE hThread, 　CONST CONTEXT *lpContext );

　　由于GetThreadContext和SetThreadContext可以操作CPU內(nèi)部的寄存器，因此在一些高級(jí)技巧的編程中有一定應(yīng)用。譬如，調(diào)試器可利用GetThreadContext掛起被調(diào)試線程獲取其上下文，并設(shè)置上下文中的標(biāo)志寄存器中的陷阱標(biāo)志位，最后通過SetThreadContext使設(shè)置生效來進(jìn)行單步調(diào)試。

　　8.實(shí)例

　　以下程序使用CreateThread創(chuàng)建兩個(gè)線程，在這兩個(gè)線程中Sleep一段時(shí)間，主線程通過GetExitCodeThread來判斷兩個(gè)線程是否結(jié)束運(yùn)行：

#define WIN32_LEAN_AND_MEAN #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <windows.h> #include <conio.h> DWORD WINAPI ThreadFunc(LPVOID); int main() { 　HANDLE hThrd1; 　HANDLE hThrd2; 　DWORD exitCode1 = 0; 　DWORD exitCode2 = 0; 　DWORD threadId; 　hThrd1 = CreateThread(NULL, 0, ThreadFunc, (LPVOID)1, 0, &threadId ); 　if (hThrd1) 　　printf("Thread 1 launched/n"); 　hThrd2 = CreateThread(NULL, 0, ThreadFunc, (LPVOID)2, 0, &threadId ); 　if (hThrd2) 　　printf("Thread 2 launched/n"); 　// Keep waiting until both calls to GetExitCodeThread succeed AND 　// neither of them returns STILL_ACTIVE. 　for (;;) 　{ 　　printf("Press any key to exit../n"); 　　getch(); 　　GetExitCodeThread(hThrd1, &exitCode1); 　　GetExitCodeThread(hThrd2, &exitCode2); 　　if ( exitCode1 == STILL_ACTIVE ) 　　　puts("Thread 1 is still running!"); 　　if ( exitCode2 == STILL_ACTIVE ) 　　　puts("Thread 2 is still running!"); 　　if ( exitCode1 != STILL_ACTIVE && exitCode2 != STILL_ACTIVE ) 　　　break; 　} 　CloseHandle(hThrd1); 　CloseHandle(hThrd2); 　printf("Thread 1 returned %d/n", exitCode1); 　printf("Thread 2 returned %d/n", exitCode2); 　return EXIT_SUCCESS; } /* * Take the startup value, do some simple math on it, * and return the calculated value. */ DWORD WINAPI ThreadFunc(LPVOID n) { 　Sleep((DWORD)n*1000*2); 　return (DWORD)n * 10; }

　　通過下面的程序我們可以看出多線程程序運(yùn)行順序的難以預(yù)料以及WINAPI的CreateThread函數(shù)與C運(yùn)行時(shí)庫(kù)的_beginthread的差別：

#define WIN32_LEAN_AND_MEAN #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <windows.h> DWORD WINAPI ThreadFunc(LPVOID); int main() { 　HANDLE hThrd; 　DWORD threadId; 　int i; 　for (i = 0; i < 5; i++) 　{ 　　hThrd = CreateThread(NULL, 0, ThreadFunc, (LPVOID)i, 0, &threadId); 　　if (hThrd) 　　{ 　　　printf("Thread launched %d/n", i); 　　　CloseHandle(hThrd); 　　} 　} 　// Wait for the threads to complete. 　Sleep(2000); 　return EXIT_SUCCESS; } DWORD WINAPI ThreadFunc(LPVOID n) { 　int i; 　for (i = 0; i < 10; i++) 　　printf("%d%d%d%d%d%d%d%d/n", n, n, n, n, n, n, n, n); 　return 0; }

　　運(yùn)行的輸出具有很大的隨機(jī)性，這里摘取了幾次結(jié)果的一部分（幾乎每一次都不同）：


　　如果我們使用標(biāo)準(zhǔn)C庫(kù)函數(shù)而不是多線程版的運(yùn)行時(shí)庫(kù)，則程序可能輸出"3333444444"這樣的結(jié)果，而使用多線程運(yùn)行時(shí)庫(kù)后，則可避免這一問題。

　　下列程序在主線程中創(chuàng)建一個(gè)SecondThread，在SecondThread線程中通過自增對(duì)Counter計(jì)數(shù)到1000000，主線程一直等待其結(jié)束：

#include <Win32.h> #include <stdio.h> #include <process.h> unsigned Counter; unsigned __stdcall SecondThreadFunc(void *pArguments) { 　printf("In second thread.../n"); 　while (Counter < 1000000) 　　Counter++; 　_endthreadex(0); 　return 0; } int main() { 　HANDLE hThread; 　unsigned threadID; 　printf("Creating second thread.../n"); 　// Create the second thread. 　hThread = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, &SecondThreadFunc, NULL, 0, &threadID); 　// Wait until second thread terminates 　WaitForSingleObject(hThread, INFINITE); 　printf("Counter should be 1000000; it is-> %d/n", Counter); 　// Destroy the thread object. 　CloseHandle(hThread); }