深入淺出Win32多線程程序設計之線程控制

深入淺出Win32多線程程序設計之線程控制

作者：宋寶華出處：天極開發責任編輯： 方舟 [ 2005-12-15 09:04 ]

WIN32線程控制主要實現線程的創建、終止、掛起和恢復等操作，這些操作都依賴於WIN32提供的一組API和具體編譯器的C運行時庫函數。

WIN32線程控制主要實現線程的創建、終止、掛起和恢復等操作，這些操作都依賴於WIN32提供的一組API和具體編譯器的C運行時庫函數。

　　1.線程函數

　　在啓動一個線程之前，必須爲線程編寫一個全局的線程函數，這個線程函數接受一個32位的LPVOID作爲參數，返回一個UINT，線程函數的結構爲：

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死循環，該循環中先等待某事情的發生，再處理相關的工作：

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

　　一般來說，C++的類成員函數不能作爲線程函數。這是因爲在類中定義的成員函數，編譯器會給其加上this指針。請看下列程序：

#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;
}

　　程序編譯時出現如下錯誤：

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;
}

　　程序編譯時會出錯：

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作爲線程函數，通常有如下解決方案：

　　（1）將該成員函數聲明爲static類型，去掉this指針；

　　我們將上述二個程序改變爲：

#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。

　　將成員函數聲明爲靜態雖然可以解決作爲線程函數的問題，但是它帶來了新的問題，那就是static成員函數只能訪問static成員。解決此問題的一種途徑是可以在調用類靜態成員函數（線程函數）時將this指針作爲參數傳入，並在改線程函數中用強制類型轉換將this轉換成指向該類的指針，通過該指針訪問非靜態成員。

　　（2）不定義類成員函數爲線程函數，而將線程函數定義爲類的友元函數。這樣，線程函數也可以有類成員函數同等的權限；

　　我們將程序修改爲：

#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;
}

　　（3）可以對非靜態成員函數實現回調，並訪問非靜態成員，此法涉及到一些高級技巧，在此不再詳述。

　2.創建線程

　　進程的主線程由操作系統自動生成，Win32提供了CreateThread API來完成用戶線程的創建，該API的原型爲：

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++語言編寫多線程應用程序，一定不能使用操作系統提供的CreateThread API，而應該使用C/C++運行時庫中的_beginthread（或_beginthreadex），其函數原型爲：

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函數與Win32 API 中的CreateThread函數類似，但有如下差異：

　　（1）通過_beginthread函數我們可以利用其參數列表arglist將多個參數傳遞到線程；

　　（2）_beginthread 函數初始化某些 C 運行時庫變量，在線程中若需要使用 C 運行時庫。

　　3.終止線程

　　線程的終止有如下四種方式：

　　（1）線程函數返回；

　　（2）線程自身調用ExitThread 函數即終止自己，其原型爲：

VOID ExitThread(UINT fuExitCode );

　　它將參數fuExitCode設置爲線程的退出碼。

　　注意：如果使用C/C++編寫代碼，我們應該使用C/C++運行時庫函數_endthread (_endthreadex)終止線程，決不能使用ExitThread！
_endthread 函數對於線程內的條件終止很有用。例如，專門用於通信處理的線程若無法獲取對通信端口的控制，則會退出。

　　（3）同一進程或其他進程的線程調用TerminateThread函數，其原型爲：

BOOL TerminateThread(HANDLE hThread,DWORD dwExitCode);

　　該函數用來結束由hThread參數指定的線程，並把dwExitCode設成該線程的退出碼。當某個線程不再響應時，我們可以用其他線程調用該函數來終止這個不響應的線程。

　　（4）包含線程的進程終止。

　　最好使用第1種方式終止線程，第2~4種方式都不宜採用。

　　4.掛起與恢復線程

　　當我們創建線程的時候，如果給其傳入CREATE_SUSPENDED標誌，則該線程創建後被掛起，我們應使用ResumeThread恢復它：

DWORD ResumeThread(HANDLE hThread);

　　如果ResumeThread函數運行成功，它將返回線程的前一個暫停計數，否則返回0x FFFFFFFF。

　　對於沒有被掛起的線程，程序員可以調用SuspendThread函數強行掛起之：

DWORD SuspendThread(HANDLE hThread);

　　一個線程可以被掛起多次。線程可以自行暫停運行，但是不能自行恢復運行。如果一個線程被掛起n次，則該線程也必須被恢復n次纔可能得以執行。

5.設置線程優先級

　　當一個線程被首次創建時，它的優先級等同於它所屬進程的優先級。在單個進程內可以通過調用SetThreadPriority函數改變線程的相對優先級。一個線程的優先級是相對於其所屬進程的優先級而言的。

BOOL SetThreadPriority(HANDLE hThread, int nPriority);

　　其中參數hThread是指向待修改優先級線程的句柄，線程與包含它的進程的優先級關係如下：

　　　線程優先級 = 進程類基本優先級 + 線程相對優先級

　　進程類的基本優先級包括：

　　（1）實時：REALTIME_PRIORITY_CLASS；

　　（2）高：HIGH _PRIORITY_CLASS；

　　（3）高於正常：ABOVE_NORMAL_PRIORITY_CLASS；

　　（4）正常：NORMAL _PRIORITY_CLASS；

　　（5）低於正常：BELOW_ NORMAL _PRIORITY_CLASS；

　　（6）空閒：IDLE_PRIORITY_CLASS。

　　我們從Win32任務管理器中可以直觀的看到這六個進程類優先級，如下圖：

　　線程的相對優先級包括：

　　（1）空閒：THREAD_PRIORITY_IDLE；

　　（2）最低線程：THREAD_PRIORITY_LOWEST；

　　（3）低於正常線程：THREAD_PRIORITY_BELOW_NORMAL；

　　（4）正常線程：THREAD_PRIORITY_ NORMAL (缺省)；

　　（5）高於正常線程：THREAD_PRIORITY_ABOVE_NORMAL；

　　（6）最高線程：THREAD_PRIORITY_HIGHEST；

　　（7）關鍵時間：THREAD_PRIOTITY_CRITICAL。

　　下圖給出了進程優先級和線程相對優先級的映射關係：

　　例如：

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

　　6.睡眠

VOID Sleep(DWORD dwMilliseconds);

　　該函數可使線程暫停自己的運行，直到dwMilliseconds毫秒過去爲止。它告訴系統，自身不想在某個時間段內被調度。

　　7.其它重要API

　　獲得線程優先級

　　一個線程被創建時，就會有一個默認的優先級，但是有時要動態地改變一個線程的優先級，有時需獲得一個線程的優先級。

Int GetThreadPriority (HANDLE hThread);

　　如果函數執行發生錯誤，會返回THREAD_PRIORITY_ERROR_RETURN標誌。如果函數成功地執行，會返回優先級標誌。

　　獲得線程退出碼

BOOL WINAPI GetExitCodeThread(
　HANDLE hThread,
　LPDWORD lpExitCode
);

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

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

　　由於GetThreadContext和SetThreadContext可以操作CPU內部的寄存器，因此在一些高級技巧的編程中有一定應用。譬如，調試器可利用GetThreadContext掛起被調試線程獲取其上下文，並設置上下文中的標誌寄存器中的陷阱標誌位，最後通過SetThreadContext使設置生效來進行單步調試。

　　8.實例

　　以下程序使用CreateThread創建兩個線程，在這兩個線程中Sleep一段時間，主線程通過GetExitCodeThread來判斷兩個線程是否結束運行：

#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行順序的難以預料以及WINAPI的CreateThread函數與C運行時庫的_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;
}

　　運行的輸出具有很大的隨機性，這裏摘取了幾次結果的一部分（幾乎每一次都不同）：

　　如果我們使用標準C庫函數而不是多線程版的運行時庫，則程序可能輸出"3333444444"這樣的結果，而使用多線程運行時庫後，則可避免這一問題。

　　下列程序在主線程中創建一個SecondThread，在SecondThread線程中通過自增對Counter計數到1000000，主線程一直等待其結束：

#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);
}