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深入淺出Win32多線程程序設計之線程控制

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  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,這些操作都依賴于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,這些操作都依賴于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
  在啟動一個線程之前,必須為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作為參數,返回一個UINT,線程函數的結構為:
  
  
  
   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為線程函數。這是因為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為線程函數,通常有如下解決方案:
  (1)將該成員函數聲明為static類型,去掉this指針;
  我們將上述二個程序改變為:
  
  
  
   #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。
  將成員函數聲明為靜態雖然可以解決作為線程函數的問題,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指針作為參數傳入,并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)不定義類成員函數為線程函數,而將線程函數定義為類的友元函數。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;
  }
  
  
  (3)可以對非靜態成員函數實現回調,并訪問非靜態成員,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,其原型為:
  
  
   VOID ExitThread(UINT fuExitCode );
  
  
  它將參數fuExitCode設置為線程的退出碼。
  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 函數對于線程內的條件終止很有用。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,其原型為:
  
  
   BOOL TerminateThread(HANDLE hThread,DWORD dwExitCode);
  
  
  該函數用來結束由hThread參數指定的線程,并把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種方式都不宜采用。
  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標志,則該線程創建后被掛起,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。
  對于沒有被掛起的線程,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次才可能得以執行。
  5.設置線程優先級
  當一個線程被首次創建時,它的優先級等同于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于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系如下:
  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)高于正常:ABOVE_NORMAL_PRIORITY_CLASS;
  (4)正常:NORMAL _PRIORITY_CLASS;
  (5)低于正常:BELOW_ NORMAL _PRIORITY_CLASS;
  (6)空閑: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)空閑:THREAD_PRIORITY_IDLE;
  (2)最低線程:THREAD_PRIORITY_LOWEST;
  (3)低于正常線程:THREAD_PRIORITY_BELOW_NORMAL;
  (4)正常線程:THREAD_PRIORITY_ NORMAL (缺省);
  (5)高于正常線程: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);
  
  
  該函數可使線程暫停自己的運行,直到dwMilliseconds毫秒過去為止。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標志。如果函數成功地執行,會返回優先級標志。
  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
  );
  
  
  由于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,并設置上下文中的標志寄存器中的陷阱標志位,最后通過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,這里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后,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);
  }
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posted on 2006-11-10 10:45 大龍 閱讀(362) 評論(0)  編輯 收藏 引用

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