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深入浅出Win32多线程程序设计之线程控制

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WIN32线程控制主要实现线程的创建、终止、挂起和恢复等操作,这些操作都依赖于WIN32提供的一组API和具体编译器的C运行时库函数。   1.线程函数   在启动一个线程之前,必须为线程编写一个全局的线程函数,这个线程函数接受一个32位的LPVOID作为参数,返回一个UINT,线程函数的结构为: UINT ThreadFunction(LPVOID pParam) {  //线程处理代码  return0; }   在线程处理代码部分通常包括一个死循环,该循环中先等待某事情的发生,再处理相关的工作: while(1) {  WaitForSingleObject(…,…);//或WaitForMultipleObjects(…)  //Do something }   一般来说, C++的类成员函数不能作为线程函数。这是因为在类中定义的成员函数,编译器会给其加上this指针。请看下列程序: #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; }   程序编译时出现如下错误: 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; }   程序编译时会出错: 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   如果一定要以类成员函数作为线程函数,通常有如下 解决方案:   (1)将该成员函数声明为static类型,去掉this指针;   我们将上述二个程序改变为: #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; }   均编译通过。   将成员函数声明为静态虽然可以解决作为线程函数的问题,但是它带来了新的问题,那就是static成员函数只能访问static成员。解决此问题的一种途径是可以在调用类静态成员函数(线程函数)时将this指针作为参数传入,并在改线程函数中用强制类型转换将this转换成指向该类的指针,通过该指针访问非静态成员。   (2)不定义类成员函数为线程函数,而将线程函数定义为类的友元函数。这样,线程函数也可以有类成员函数同等的权限;   我们将程序修改为: #include "windows.h" #include <process.h> class ExampleTask {  public:   friend void taskmain(LPVOID param);   void StartTask(); }; void taskmain(LPVOID param) {  ExampleTask * pTaskMain = (ExampleTask *) param;  //通过pTaskMain指针引用 } void ExampleTask::StartTask() {  _beginthread(taskmain,0,this); } int main(int argc, char* argv[]) {  ExampleTask realTimeTask;  realTimeTask.StartTask();  return 0; }   (3)可以对非静态成员函数实现回调,并访问非静态成员,此法涉及到一些高级技巧,在此不再详述。  2.创建线程   进程的主线程由 操作系统自动生成,Win32提供了CreateThread API来完成用户线程的创建,该API的原型为: 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++语言编写多线程应用程序,一定不能使用操作系统提供的CreateThread API,而应该使用C/C++运行时库中的_beginthread(或_beginthreadex),其函数原型为: 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函数与Win32 API 中的CreateThread函数类似,但有如下差异:   (1)通过_beginthread函数我们可以利用其参数列表arglist将多个参数传递到线程;   (2)_beginthread 函数初始化某些 C 运行时库变量,在线程中若需要使用 C 运行时库。   3.终止线程   线程的终止有如下四种方式:   (1)线程函数返回;   (2)线程自身调用ExitThread 函数即终止自己,其原型为: VOID ExitThread(UINT fuExitCode );   它将参数fuExitCode设置为线程的退出码。   注意:如果使用C/C++编写代码,我们应该使用C/C++运行时库函数_endthread (_endthreadex)终止线程,决不能使用ExitThread! _endthread 函数对于线程内的条件终止很有用。例如,专门用于 通信处理的线程若无法获取对通信端口的控制,则会退出。   (3)同一进程或其他进程的线程调用TerminateThread函数,其原型为: BOOL TerminateThread(HANDLE hThread,DWORD dwExitCode);   该函数用来结束由hThread参数指定的线程,并把dwExitCode设成该线程的退出码。当某个线程不再响应时,我们可以用其他线程调用该函数来终止这个不响应的线程。   (4)包含线程的进程终止。   最好使用第1种方式终止线程,第2~4种方式都不宜采用。   4.挂起与恢复线程   当我们创建线程的时候,如果给其传入CREATE_SUSPENDED标志,则该线程创建后被挂起,我们应使用ResumeThread恢复它: DWORD ResumeThread(HANDLE hThread);   如果ResumeThread函数运行成功,它将返回线程的前一个暂停计数,否则返回0x FFFFFFFF。   对于没有被挂起的线程,程序员可以调用SuspendThread函数强行挂起之: DWORD SuspendThread(HANDLE hThread);   一个线程可以被挂起多次。线程可以自行暂停运行,但是不能自行恢复运行。如果一个线程被挂起n次,则该线程也必须被恢复n次才可能得以执行。   5.设置线程优先级   当一个线程被首次创建时,它的优先级等同于它所属进程的优先级。在单个进程内可以通过调用SetThreadPriority函数改变线程的相对优先级。一个线程的优先级是相对于其所属进程的优先级而言的。 BOOL SetThreadPriority(HANDLE hThread, int nPriority);   其中参数hThread是指向待修改优先级线程的句柄,线程与包含它的进程的优先级关系如下:    线程优先级 = 进程类基本优先级 + 线程相对优先级   进程类的基本优先级包括:   (1)实时:REALTIME_PRIORITY_CLASS;   (2)高:HIGH _PRIORITY_CLASS;   (3)高于正常:ABOVE_NORMAL_PRIORITY_CLASS;   (4)正常:NORMAL _PRIORITY_CLASS;   (5)低于正常:BELOW_ NORMAL _PRIORITY_CLASS;   (6)空闲:IDLE_PRIORITY_CLASS。   我们从Win32任务管理器中可以直观的看到这六个进程类优先级,如下图:   线程的相对优先级包括:   (1)空闲:THREAD_PRIORITY_IDLE;   (2)最低线程:THREAD_PRIORITY_LOWEST;   (3)低于正常线程:THREAD_PRIORITY_BELOW_NORMAL;   (4)正常线程:THREAD_PRIORITY_ NORMAL (缺省);   (5)高于正常线程:THREAD_PRIORITY_ABOVE_NORMAL;   (6)最高线程:THREAD_PRIORITY_HIGHEST;   (7)关键时间:THREAD_PRIOTITY_CRITICAL。   下图给出了进程优先级和线程相对优先级的映射关系:   例如: HANDLE hCurrentThread = GetCurrentThread(); //获得该线程句柄 SetThreadPriority(hCurrentThread, THREAD_PRIORITY_LOWEST);   6.睡眠 VOID Sleep(DWORD dwMilliseconds);   该函数可使线程暂停自己的运行,直到dwMilliseconds毫秒过去为止。它告诉系统,自身不想在某个时间段内被调度。   7.其它重要API   获得线程优先级   一个线程被创建时,就会有一个默认的优先级,但是有时要动态地改变一个线程的优先级,有时需获得一个线程的优先级。 Int GetThreadPriority (HANDLE hThread);   如果函数执行发生错误,会返回THREAD_PRIORITY_ERROR_RETURN标志。如果函数成功地执行,会返回优先级标志。   获得线程退出码 BOOL WINAPI GetExitCodeThread(  HANDLE hThread,  LPDWORD lpExitCode );   如果执行成功,GetExitCodeThread返回TRUE,退出码被lpExitCode指向内存记录;否则返回FALSE,我们可通过GetLastError()获知错误原因。如果线程尚未结束,lpExitCode带回来的将是STILL_ALIVE。 获得/设置线程上下文 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内部的寄存器,因此在一些高级技巧的编程中有一定应用。譬如,调试器可利用GetThreadContext挂起被调试线程获取其上下文,并设置上下文中的标志寄存器中的陷阱标志位,最后通过SetThreadContext使设置生效来进行单步调试。   8.实例   以下程序使用CreateThread创建两个线程,在这两个线程中Sleep一段时间,主线程通过GetExitCodeThread来判断两个线程是否结束运行: #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; }   通过下面的程序我们可以看出多线程程序运行顺序的难以预料以及WINAPI的CreateThread函数与C运行时库的_beginthread的差别: #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; }   运行的输出具有很大的随机性,这里摘取了几次结果的一部分(几乎每一次都不同):   如果我们使用标准C库函数而不是多线程版的运行时库,则程序可能输出"3333444444"这样的结果,而使用多线程运行时库后,则可避免这一问题。   下列程序在主线程中创建一个SecondThread,在SecondThread线程中通过自增对Counter计数到1000000,主线程一直等待其结束: #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); }

原文

WIN32线程控制主要实现线程的创建、终止、挂起和恢复等操作,这些操作都依赖于WIN32提供的一组API和具体编译器的C运行时库函数。   1.线程函数   在启动一个线程之前,必须为线程编写一个全

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