道。道。道

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The "Programming Techniques" manual supplied with Visual C++ 32-bit Edition states that using CreateThread() in a program that uses Libcmt.lib causes many CRT functions to fail. Actually, the only function that should not be used in a thread created with CreateThread() is the signal() function.

There are two ways to create threads. One method involves using the CRT _beginthread() or _beginthreadex() (with Visual C++ 2.0 and later); the other method involves using the CreateThread() API. All CRT functions other than the signal() function work correctly in threads created with either _beginthread() or CreateThread(). However, there are some problems involved with using CRT functions in threads created with CreateThread().

Threads that are created and terminated with the CreateThread() and ExitThread() Win32 API functions do not have memory that is allocated by the CRT for static data and static buffers cleaned up when the thread terminates. Some examples of this type of memory are static data for errno and _doserrno and the static buffers used by functions such as asctime(), ctime(), localtime(), gmtime(), and mktime(). Using CreateThread() in a program that uses the CRT (for example, links with LIBCMT.LIB) may cause a memory leak of about 70-80 bytes each time a thread is terminated.

To guarantee that all static data and static buffers allocated by the CRT are cleaned up when the thread terminates, _beginthreadex() and _endthreadex() should be used when creating a thread. The _beginthreadex() function includes the same parameters and functionality as CreateThread().

另外有個(gè)小小的測(cè)驗(yàn)：

?用CreateThread 創(chuàng)建的線城能否被CRT函數(shù) _endthreadex() 關(guān)閉？

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CreateThread()和_beginthreadex()在Jeffrey的《Windows核心編程》中講的很清楚，應(yīng)當(dāng)盡量避免使用CreateThread()。
事實(shí)上，_beginthreadex()在內(nèi)部先為線程創(chuàng)建一個(gè)線程特有的tiddata結(jié)構(gòu)，然后調(diào)用CreateThread()。在某些非線程安全的CRT函數(shù)中會(huì)請(qǐng)求這個(gè)結(jié)構(gòu)。如果直接使用CreateThread()的話，那些函數(shù)發(fā)現(xiàn)請(qǐng)求的tiddata為NULL，就會(huì)在現(xiàn)場(chǎng)為該線程創(chuàng)建該結(jié)構(gòu)，此后調(diào)用EndThread()時(shí)會(huì)引起內(nèi)存泄漏。_endthreadex()可以釋放由CreateThread()創(chuàng)建的線程，實(shí)際上，在它的內(nèi)部會(huì)先釋放由_beginthreadex()創(chuàng)建的tiddata結(jié)構(gòu)，然后調(diào)用EndThread()。
因此，應(yīng)當(dāng)使用_beginthreadex()和_endthreadex()，而避免使用CreateThread()和EndThread()。當(dāng)然，_beginthread()和_endthread()也是應(yīng)當(dāng)避免使用的。

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程序員對(duì)于Windows程序中應(yīng)該用_beginthread還是CreateThread來創(chuàng)建線程，一直有所爭(zhēng)論。本文將從對(duì)CRT源代碼出發(fā)探討這個(gè)問題。

I. 起因

今天一個(gè)朋友問我程序中究竟應(yīng)該使用_beginthread還是CreateThread，并且告訴我如果使用不當(dāng)可能會(huì)有內(nèi)存泄漏。其實(shí)我過去對(duì)這個(gè)問題也是一知半解，為了對(duì)朋友負(fù)責(zé)，專門翻閱了一下VC的運(yùn)行庫（CRT）源代碼，終于找到了答案。

II. CRT

CRT(C/C++ Runtime Library)是支持C/C++運(yùn)行的一系列函數(shù)和代碼的總稱。雖然沒有一個(gè)很精確的定義，但是可以知道，你的main就是它負(fù)責(zé)調(diào)用的，你平時(shí)調(diào)用的諸如strlen、strtok、time、atoi之類的函數(shù)也是它提供的。我們以Microsoft Visual.NET 2003中所附帶的CRT為例。假設(shè)你的.NET 2003安裝在C:Program FilesMicrosoft Visual Studio .NET 2003中，那么CRT的源代碼就在C:Program FilesMicrosoft Visual Studio .NET 2003Vc7crtsrc中。既然有了這些實(shí)現(xiàn)的源代碼，我們就可以找到一切解釋了。

III. _beginthread/_endthread

這個(gè)函數(shù)究竟做了什么呢？它的代碼在thread.c中。閱讀代碼，可以看到它最終也是通過CreateThread來創(chuàng)建線程的，主要區(qū)別在于，它先分配了一個(gè)_tiddata，并且調(diào)用了_initptd來初始化這個(gè)分配了的指針。而這個(gè)指針最后會(huì)被傳遞到CRT的線程包裝函數(shù)_threadstart中，在那里會(huì)把這個(gè)指針作為一個(gè)TLS（Thread Local Storage）保存起來。然后_threadstart會(huì)調(diào)用我們傳入的線程函數(shù)，并且在那個(gè)函數(shù)退出后調(diào)用_endthread。這里也可以看到，_threadstart用一個(gè)__try/__except塊把我們的函數(shù)包了起來，并且在發(fā)生異常的時(shí)候，調(diào)用exit退出。（_threadstart和endthread的代碼都在thread.c中）
這個(gè)_tiddata是一個(gè)什么樣的結(jié)構(gòu)呢？它在mtdll.h中定義，它的成員被很多CRT函數(shù)所用到，譬如int _terrno，這是這個(gè)線程中的錯(cuò)誤標(biāo)志；char* _token，strtok以來這個(gè)變量記錄跨函數(shù)調(diào)用的信息，...。
那么_endthread又做了些什么呢？除了調(diào)用浮點(diǎn)的清除代碼以外，它還調(diào)用了_freeptd來釋放和這個(gè)線程相關(guān)的tiddata。也就是說，在_beginthread里面分配的這塊內(nèi)存，以及在線程運(yùn)行過程中其它CRT函數(shù)中分配并且記錄在這個(gè)內(nèi)存結(jié)構(gòu)中的內(nèi)存，在這里被釋放了。
通過上面的代碼，我們可以看到，如果我使用_beginthread函數(shù)創(chuàng)建了線程，它會(huì)為我創(chuàng)建好CRT函數(shù)需要的一切，并且最后無需我操心，就可以把清除工作做得很好，可能唯一需要注意的就是，如果需要提前終止線程，最好是調(diào)用_endthread或者是返回，而不要調(diào)用ExitThread，因?yàn)檫@可能造成內(nèi)存釋放不完全。同時(shí)我們也可以看出，如果我們用CreateThread函數(shù)創(chuàng)建了線程，并且不對(duì)C運(yùn)行庫進(jìn)行調(diào)用（包括任何間接調(diào)用），就不必?fù)?dān)心什么問題了。

IV. CreateThread和CRT

或許有人會(huì)說，我用CreateThread創(chuàng)建線程以后，我也調(diào)用了C運(yùn)行庫函數(shù)，并且也使用ExitThread退出了，可是我的程序運(yùn)行得好好的，既沒有因?yàn)镃RT沒有初始化而崩潰，也沒有因?yàn)橥浾{(diào)用_endthread而發(fā)生內(nèi)存泄漏，這是為什么呢，讓我們繼續(xù)我們的CRT之旅。
假設(shè)我用CreateThread創(chuàng)建了一個(gè)線程，我調(diào)用strtok函數(shù)來進(jìn)行字符串處理，這個(gè)函數(shù)肯定是需要某些額外的運(yùn)行時(shí)支持的。strtok的源代碼在strtok.c中。從代碼可見，在多線程情況下，strtok的第一句有效代碼就是_ptiddata ptd = _getptd()，它通過這個(gè)來獲得當(dāng)前的ptd?？墒俏覀儾]有通過_beginthread來創(chuàng)建ptd，那么一定是_getptd搗鬼了。打開tidtable.c，可以看到_getptd的實(shí)現(xiàn)，果然，它先嘗試獲得當(dāng)前的ptd，如果不能，就重新創(chuàng)建一個(gè)，因此，后續(xù)的CRT調(diào)用就安全了?？墒沁@塊ptd最終又是誰釋放的呢？打開dllcrt0.c，可以看到一個(gè)DllMain函數(shù)。在VC中，CRT既可以作為一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫和主程序鏈接，也可以作為一個(gè)靜態(tài)庫和主程序鏈接，這個(gè)在Project Setting->Code Generations里面可以選。當(dāng)CRT作為DLL鏈接到主程序時(shí)，DllMain就是CRT DLL的入口。Windows的DllMain可以由四種原因調(diào)用：Process Attach/Process Detach/Thread Attach/Thread Detach，最后一個(gè)，也就是當(dāng)線程函數(shù)退出后但是線程還沒有銷毀前，會(huì)在這個(gè)線程的上下文中用Thread Detach調(diào)用DllMain，這里，CRT做了一個(gè)_freeptd(NULL)，也就是說，如果有ptd，就free掉。所以說，恰巧沒有發(fā)生內(nèi)存泄漏是因?yàn)槟阌玫氖莿?dòng)態(tài)鏈接的CRT。
于是我們得出了一個(gè)更精確的結(jié)論，如果我沒有使用那些會(huì)使用_getptd的CRT函數(shù)，使用CreateThread就是安全的。

V. 使用ptd的函數(shù)

那么，究竟那些函數(shù)使用了_getptd呢？很多！在CRT目錄下搜索_getptd，你會(huì)發(fā)覺很多意想不到的函數(shù)都用到了它，除了strtok、rand這類需要保持狀態(tài)的，還有所有的字符串相關(guān)函數(shù)，因?yàn)樗鼈円玫絧td中的locale信息；所有的mbcs函數(shù)，因?yàn)樗鼈円玫絧td中的mbcs信息，...。

VI. 測(cè)試代碼

下面是一段測(cè)試代碼（leaker中用到了atoi，它需要ptd）：

#include
#include
#include
#include

volatile bool threadStarted = false;

void leaker()
{
??? std::cout << atoi( "0" ) << std::endl;
}

DWORD __stdcall CreateThreadFunc( LPVOID )
{
??? leaker();
??? threadStarted = false;
??? return 0;
}

DWORD __stdcall CreateThreadFuncWithEndThread( LPVOID )
{
??? leaker();
??? threadStarted = false;
??? _endthread();
??? return 0;
}

void __cdecl beginThreadFunc( LPVOID )
{
??? leaker();
??? threadStarted = false;
}

int main()
{
??? for(;;)
??? {
??????? while( threadStarted )
??????????? Sleep( 5 );
??????? threadStarted = true;
//????? _beginthread( beginThreadFunc, 0, 0 );//1
??????? CreateThread( NULL, 0, CreateThreadFunc, 0, 0, 0 );//2
//????? CreateThread( NULL, 0, CreateThreadFuncWithEndThread, 0, 0, 0 );//3
??? }
??? return 0;
}

如果你用VC的多線程+靜態(tài)鏈接CRT選項(xiàng)去編譯這個(gè)程序，并且嘗試打開1、2、3之中的一行，你會(huì)發(fā)覺只有2打開的情況下，程序才會(huì)發(fā)生內(nèi)存泄漏（可以在Task Manager里面明顯的觀察到）。3之所以不會(huì)出現(xiàn)內(nèi)存泄漏是因?yàn)橹鲃?dòng)調(diào)用了_endthread。

VII. 總結(jié)

如果你使用了DLL方式鏈接的CRT庫，或者你只是一次性創(chuàng)建少量的線程，那么你或許可以采取鴕鳥策略，忽視這個(gè)問題。上面一節(jié)代碼中第3種方法基于對(duì)CRT庫的了解，但是并不保證這是一個(gè)好的方法，因?yàn)槊恳粋€(gè)版本的VC的CRT可能都會(huì)有些改變。看來，除非你的頭腦清晰到可以記住這一切，或者你可以不厭其煩的每調(diào)用一個(gè)C函數(shù)都查一下CRT代碼，否則總是使用_beginthread（或者它的兄弟_beginthreadex）是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

[后記]
網(wǎng)友condor指出本文的一個(gè)錯(cuò)誤：在dllcrt0.c中，DllMain的Thread Detach所釋放的ptd，其實(shí)是dllcrt0.c的DllMain中的Thread Attach所創(chuàng)建的。也就是說，當(dāng)你用CRT DLL的時(shí)候，DllMain對(duì)線程做了一切初始化/清除工作。我查看源代碼，thread.c中的_threadstart函數(shù)，在設(shè)置TLS之前做了檢查，這其實(shí)就是為了避免重復(fù)設(shè)置導(dǎo)致的內(nèi)存泄漏。