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VC环境下的多线程API

2012年11月14日 ⁄ 综合 ⁄ 共 12982字 ⁄ 字号 评论关闭

第一篇:VC 多线程编程

--转载自:Virtual Me的新浪博客,http://blog.sina.com.cn/s/blog_467338ba0100008a.html

 

一、创建一个线程     

  HANDLE CreateThread(

    LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes,

    SIZE_T dwStackSize,

    LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress,

    LPVOID lpParameter,

    DWORD dwCreationFlags,

    LPDWORD lpThreadId

  );

   参数1:指向SECURITY_ATTRIBUTES结构体的指针。这里可以设置为NULL,使用缺省的安全性。

   参数2:指定初始提交的栈的大小,以字节为单位。系统会将这个值四舍五入为最近的页面。

  页面:是系统管理内存时使用的内存单位,不同的CPU其页面大小也是不同的。X86

使用的页面大小是4KB。当保留地址空间的一个区域时,系统要确保该区域的大小是           系统的页面大小的倍数)如果该值是0或者小于缺省提交大小,则使用和调用线程一样的大小。

   参数3:指向LPTHREAD_START_ROUTINE(应用程序定义的函数类型)的指针。这个函数将被线程执行,表示了线程的起始地址。看线程入口函数ThreadProc

   参数4:指定传递给线程的单独的参数的值。

   参数5:指定控制线程创建的附加标记。如果CREATE_SUSPENDED标记被指定,线程创建后处于暂停状态不会运行,直到调用了ResumeThread函数。如果该值是0,线程在创建之后立即运行。

   参数6[out]指向一个变量用来接收线程的标识符。创建一个线程时,系统会为线程分配一个ID号。Windows
NT/2000:
如果这个参数是NULL,线程的标识符不会返回。        Windows 95/98  :这个参数不能是NULL 

   如果函数执行成功,返回新线程的句柄。

二、编写线程函数

   可参考ThreadProc:   

   DWORD WINAPI ThreadProc(

    LPVOID lpParameter

   );

   类型和参数要匹配,函数名任意。

三、关闭线程句柄

   BOOL CloseHandle(

    HANDLE hObject

   );  

   注意:关闭句柄并没有终止新创建的线程。只是表示对新创建的线程的引用不敢兴趣,系统会递减新线程的线程内核对象的使用计数。当使用计数为0的时候,系统就会释放线程内核对象。如果在主线程中没有关闭线程的句柄,始终都会保留一个引用。这样线程内核对象的引用计数就不会为0。即使新线程执行完毕,线程内核对象也不会被释放,只有等到进程终止的时候系统才会为残留的对象做清理工作。所以应该在不再使用线程的句柄的时候将其关闭掉,让线程的线程内核对象的引用计数减1

四、暂停线程的执行

    当线程暂停执行的时候,也就是表示它放弃了执行的权力。操作系统会从等待运行的线程队列中选择一个线程来运行。新创建的线程就可以得到运行的机会。  

   可以使用函数Sleep:   

   void Sleep( DWORD dwMilliseconds //sleep time 以毫秒为单位);

   暂停当前线程指定时间间隔的执行。

 
//--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
 

一、问题的提出

编写一个耗时的单线程程序:

  新建一个基于对话框的应用程序SingleThread,在主对话框IDD_SINGLETHREAD_DIALOG添加一个按钮,ID为IDC_SLEEP_SIX_SECOND,标题为“延时6秒”,添加按钮的响应函数,代码如下: 

void CSingleThreadDlg::OnSleepSixSecond() 
{
       Sleep(6000); //
延时6秒
}

编译并运行应用程序,单击“延时6秒”按钮,你就会发现在这6秒期间程序就象“死机”一样,不在响应其它消息。为了更好地处理这种耗时的操作,我们有必要学习——多线程编程。
二、多线程概述
    进程和线程都是操作系统的概念。进程应用程序的执行实例每个进程是由私有的虚拟地址空间、代码、数据和其它各种系统资源组成,进程在运行过程中创建的资源随着进程的终止而被销毁,所使用的系统资源在进程终止时被释放或关闭。
  线程进程内部的一个执行单元。系统创建好进程后,实际上就启动执行了该进程的主执行线程主执行线程以函数地址形式,比如说main或WinMain函数,将程序的启动点提供给Windows系统主执行线程终止了,进程也就随之终止。
  每一个进程至少有一个主执行线程,它无需由用户去主动创建,是由系统自动创建的。用户根据需要在应用程序中创建其它线程,多个线程并发地运行于同一个进程中。一个进程中的所有线程都在该进程的虚拟地址空间中,共同使用这些虚拟地址空间全局变量和系统资源,所以线程间的通讯非常方便,多线程技术的应用也较为广泛。
  多线程可以实现并行处理,避免了某项任务长时间占用CPU时间。要说明的一点是,目前大多数的计算机都是单处理器(CPU)的,为了运行所有这些线程,操作系统为每个独立线程安排一些CPU时间,操作系统以轮换方式向线程提供时间片,这就给人一种假象,好象这些线程都在同时运行。由此可见,如果两个非常活跃的线程为了抢夺对CPU的控制权,在线程切换时会消耗很多的CPU资源,反而会降低系统的性能。这一点在多线程编程时应该注意。
  Win32 SDK函数支持进行多线程的程序设计,并提供了操作系统原理中的各种同步、互斥和临界区等操作。Visual C++ 6.0中,使用MFC类库也实现了多线程的程序设计,使得多线程编程更加方便。
 三、Win32 API对多线程编程的支持
Win32 提供了一系列的API函数来完成线程的创建、挂起、恢复、终结以及通信等工作。下面将选取其中的一些重要函数进行说明。 

1HANDLE CreateThread(LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes,
                 DWORD dwStackSize,
                 LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress,
                 LPVOID lpParameter,
                 DWORD dwCreationFlags,
                 LPDWORD lpThreadId);

该函数在其调用进程的进程空间里创建一个新的线程,并返回已建线程的句柄,其中各参数说明如下:
lpThreadAttributes:指向一个 SECURITY_ATTRIBUTES 结构的指针,该结构决定了线程的安全属性,一般置为 NULL; 
dwStackSize:指定了线程的堆栈深度,一般都设置为0; 
lpStartAddress:表示新线程开始执行时代码所在函数的地址,即线程的起始地址。一般情况为(LPTHREAD_START_ROUTINE)ThreadFunc,ThreadFunc 是线程函数名; 
lpParameter:指定了线程执行时传送给线程的32位参数,即线程函数的参数; 
dwCreationFlags:控制线程创建的附加标志,可以取两种值。如果该参数为0,线程在被创建后就会立即开始执行;如果该参数为CREATE_SUSPENDED,则系统产生线程后,该线程处于挂起状态,并不马上执行,直至函数ResumeThread被调用; 
lpThreadId:该参数返回所创建线程的ID; 

如果创建成功则返回线程的句柄,否则返回NULL。 

2、DWORD SuspendThread(HANDLE hThread);
该函数用于挂起指定的线程,如果函数执行成功,则线程的执行被终止。 

3、DWORD ResumeThread(HANDLE hThread);
该函数用于结束线程的挂起状态,执行线程。 也就是恢复指定的线程

4、VOID ExitThread(DWORD dwExitCode);
该函数用于线程终结自身的执行,主要在线程的执行函数中被调用。其中参数dwExitCode用来设置线程的退出码。 

5、BOOL TerminateThread(HANDLE hThread,DWORD dwExitCode);
一般情况下,线程运行结束之后,线程函数正常返回,但是应用程序可以调用TerminateThread强行终止某一线程的执行。各参数含义如下:hThread:将被终结的线程的句柄; 
dwExitCode:用于指定线程的退出码。 
使用TerminateThread()终止某个线程的执行是不安全的,可能会引起系统不稳定;虽然该函数立即终止线程的执行,但并不释放线程所占用的资源。因此,一般不建议使用该函数。 

6BOOL PostThreadMessage(DWORD idThread,
   UINT Msg,
   WPARAM wParam,
   LPARAM lParam);
该函数将一条消息放入到指定线程的消息队列中,并且不等到消息被该线程处理时便返回。也是上面所说的线程通信
idThread:将接收消息的线程的ID; 
Msg:指定用来发送的消息; 
wParam:同消息有关的字参数; 
lParam:同消息有关的长参数; 
调用该函数时,如果即将接收消息的线程没有创建消息循环,则该函数执行失败。

 四、Win32 API多线程编程例程

例程1 MultiThread1

建立一个基于对话框的工程MultiThread1,在对话框IDD_MULTITHREAD1_DIALOG中加入两个按钮和一个编辑框,两个按钮的ID分别是IDC_START,IDC_STOP ,标题分别为“启动”,“停止”,IDC_STOP的属性选中Disabled;编辑框的ID为IDC_TIME ,属性选中Read-only;
  
在MultiThread1Dlg.h文件中添加线程函数声明: void ThreadFunc();

注意,线程函数的声明应在类CMultiThread1Dlg的外部。 在类CMultiThread1Dlg内部添加protected型变量:  HANDLE hThread; DWORD ThreadID;分别代表线程的句柄和ID。 
在MultiThread1Dlg.cpp文件中添加全局变量m_bRun : volatile BOOL m_bRun;m_bRun 代表线程是否正在运行。

你要留意到全局变量 m_bRun 是使用 volatile 修饰符的,volatile 修饰符的作用是告诉编译器无需对该变量作任何的优化即无需将它放到一个寄存器中,并且该值可被外部改变。对于多线程引用的全局变量来说,volatile 是一个非常重要的修饰符。

编写线程函数:

void ThreadFunc()
{
    CTime time;
    CString strTime;
    m_bRun
=TRUE;
    
while(m_bRun)
    
{
        time
=CTime::GetCurrentTime();
        strTime
=time.Format("%H:%M:%S");
        ::SetDlgItemText(AfxGetMainWnd()
->m_hWnd,IDC_TIME,strTime);
        Sleep(
1000);
    }

}

该线程函数没有参数,也不返回函数值。只要m_bRun为TRUE,线程一直运行。

双击IDC_START按钮,完成该按钮的消息函数: 

void CMultiThread1Dlg::OnStart() 
{
    
// TODO: Add your control notification handler code here
    hThread=CreateThread(NULL,
        
0,
        (LPTHREAD_START_ROUTINE)ThreadFunc,
        NULL,
        
0,
        
&ThreadID);
    GetDlgItem(IDC_START)
->EnableWindow(FALSE);
    GetDlgItem(IDC_STOP)
->EnableWindow(TRUE);    
}

双击IDC_STOP按钮,完成该按钮的消息函数: 

void CMultiThread1Dlg::OnStop() 
{
    
// TODO: Add your control notification handler code here
    m_bRun=FALSE;
    GetDlgItem(IDC_START)
->EnableWindow(TRUE);
    GetDlgItem(IDC_STOP)
->EnableWindow(FALSE);
}

编译并运行该例程,体会使用Win32 API编写的多线程。

例程2 MultiThread2

  该线程演示了如何传送一个一个整型的参数到一个线程中,以及如何等待一个线程完成处理

建立一个基于对话框的工程MultiThread2,在对话框IDD_MULTITHREAD2_DIALOG中加入一个编辑框和一个按钮,ID分别是IDC_COUNT,IDC_START ,按钮控件的标题为“开始”; 
在MultiThread2Dlg.h文件中添加线程函数声明: void ThreadFunc(int integer);

注意,线程函数的声明应在类CMultiThread2Dlg的外部。

在类CMultiThread2Dlg内部添加protected型变量:  HANDLE hThread; DWORD ThreadID;分别代表线程的句柄和ID。
  打开ClassWizard,为编辑框IDC_COUNT添加int型变量m_nCount。在MultiThread2Dlg.cpp文件中添加:

void ThreadFunc(int integer)
{
    
int i;
    
for(i=0;i<integer;i++)
    
{
        Beep(
200,50);
        Sleep(
1000);
    }

}
 

双击IDC_START按钮,完成该按钮的消息函数: 

void CMultiThread2Dlg::OnStart() 
{
    UpdateData(TRUE);
    
int integer=m_nCount;
    hThread
=CreateThread(NULL,
        
0,
        (LPTHREAD_START_ROUTINE)ThreadFunc,
        (VOID
*)integer,
        
0,
        
&ThreadID);
    GetDlgItem(IDC_START)
->EnableWindow(FALSE);
    WaitForSingleObject(hThread,INFINITE);
    GetDlgItem(IDC_START)
->EnableWindow(TRUE);
}

 

顺便说一下WaitForSingleObject函数,其函数原型为:DWORD WaitForSingleObject(HANDLE hHandle,DWORD dwMilliseconds);

hHandle为要监视的对象(一般为同步对象,也可以是线程)的句柄; 
dwMilliseconds为hHandle对象所设置的超时值,单位为毫秒; 
  当在某一线程中调用该函数时,线程暂时挂起,系统监视hHandle所指向的对象的状态。如果在挂起的dwMilliseconds毫秒内,线程所等待的对象变为有信号状态,则该函数立即返回;如果超时时间已经到达dwMilliseconds毫秒,但hHandle所指向的对象还没有变成有信号状态,函数照样返回。参数dwMilliseconds有两个具有特殊意义的值:0和INFINITE。若为0,则该函数立即返回;若为INFINITE,则线程一直被挂起,直到hHandle所指向的对象变为有信号状态时为止。
  本例程调用该函数的作用是按下IDC_START按钮后,一直等到线程返回,再恢复IDC_START按钮正常状态。编译运行该例程并细心体会。

例程3 MultiThread3 
传送一个结构体给一个线程函数也是可能的,可以通过传送一个指向结构体的指针参数来完成。先定义一个结构体: 

typedef struct
{
    
int firstArgu,
    
long secondArgu,
        …
}
myType,*pMyType;

创建线程时CreateThread(NULL,0,threadFunc,pMyType,…);
在threadFunc函数内部,可以使用“强制转换”:

int intValue=((pMyType)lpvoid)->firstArgu;
long longValue=((pMyType)lpvoid)->seconddArgu;
……

例程3 MultiThread3将演示如何传送一个指向结构体的指针参数。 

建立一个基于对话框的工程MultiThread3,在对话框IDD_MULTITHREAD3_DIALOG中加入一个编辑框IDC_MILLISECOND,一个按钮IDC_START,标题为“开始” ,一个进度条IDC_PROGRESS1; 
打开ClassWizard,为编辑框IDC_MILLISECOND添加int型变量m_nMilliSecond,为进度条IDC_PROGRESS1添加CProgressCtrl型变量m_ctrlProgress; 
在MultiThread3Dlg.h文件中添加一个结构的定义: 

struct threadInfo
{
 UINT nMilliSecond;
 CProgressCtrl
* pctrlProgress;
}
;

线程函数的声明: UINT ThreadFunc(LPVOID lpParam);

注意,二者应在类CMultiThread3Dlg的外部。 

在类CMultiThread3Dlg内部添加protected型变量: HANDLE hThread;
DWORD ThreadID;

分别代表线程的句柄和ID。 
在MultiThread3Dlg.cpp文件中进行如下操作:

定义公共变量 threadInfo Info;
双击按钮IDC_START,添加相应消息处理函数:

void CMultiThread3Dlg::OnStart() 
{
    
// TODO: Add your control notification handler code here
    
    UpdateData(TRUE);
    Info.nMilliSecond
=m_nMilliSecond;
    Info.pctrlProgress
=&m_ctrlProgress;
    
    hThread
=CreateThread(NULL,
        
0,
        (LPTHREAD_START_ROUTINE)ThreadFunc,
        
&Info,
        
0,
        
&ThreadID);
        
/**//**//**//*
            GetDlgItem(IDC_START)->EnableWindow(FALSE);
            WaitForSingleObject(hThread,INFINITE);
            GetDlgItem(IDC_START)->EnableWindow(TRUE);
    
*/

}

在函数BOOL CMultiThread3Dlg::OnInitDialog()中添加语句: 

{
    ……
        
        
// TODO: Add extra initialization here
        m_ctrlProgress.SetRange(0,99);
    m_nMilliSecond
=10;
    UpdateData(FALSE);
    
return TRUE;  // return TRUE  unless you set the focus to a control
}

添加线程处理函数:

UINT ThreadFunc(LPVOID lpParam) 
{
 threadInfo
* pInfo=(threadInfo*)lpParam;
 
for(int i=0;i<100;i++)
 
{
  
int nTemp=pInfo->nMilliSecond;
  
  pInfo
->pctrlProgress->SetPos(i);
  
  Sleep(nTemp);
 }

 
return 0;
}

  顺便补充一点,如果你在void CMultiThread3Dlg::OnStart() 函数中添加/* */语句,编译运行你就会发现进度条不进行刷新,主线程也停止了反应。什么原因呢?这是因为WaitForSingleObject函数等待子线程(ThreadFunc)结束时,导致了线程死锁。因为WaitForSingleObject函数会将主线程挂起(任何消息都得不到处理),而子线程ThreadFunc正在设置进度条,一直在等待主线程将刷新消息处理完毕返回才会检测通知事件。这样两个线程都在互相等待,死锁发生了,编程时应注意避免。

例程4 MultiThread4
该例程测试在Windows下最多可创建线程的数目。 

建立一个基于对话框的工程MultiThread4,在对话框IDD_MULTITHREAD4_DIALOG中加入一个按钮IDC_TEST和一个编辑框IDC_COUNT,按钮标题为“测试” , 编辑框属性选中Read-only; 
在MultiThread4Dlg.cpp文件中进行如下操作:

添加公共变量volatile BOOL m_bRunFlag=TRUE; 该变量表示是否还能继续创建线程。

添加线程函数: 

DWORD WINAPI threadFunc(LPVOID threadNum)
{
    
while(m_bRunFlag)
    
{
        Sleep(
3000);
    }

    
return 0;
}

只要 m_bRunFlag 变量为TRUE,线程一直运行。

双击按钮IDC_TEST,添加其响应消息函数:

void CMultiThread4Dlg::OnTest() 
{
    DWORD threadID;
    GetDlgItem(IDC_TEST)
->EnableWindow(FALSE);
    
long nCount=0;
    
while(m_bRunFlag)
    
{
        
if(CreateThread(NULL,0,threadFunc,NULL,0,&threadID)==NULL)
        
{
            m_bRunFlag
=FALSE;
            
break;
        }

        
else
        
{
            nCount
++;
        }

    }

    
//不断创建线程,直到再不能创建为止
    m_nCount=nCount;
    UpdateData(FALSE);
    Sleep(
5000);
    
//延时5秒,等待所有创建的线程结束
    GetDlgItem(IDC_TEST)->EnableWindow(TRUE);
    m_bRunFlag
=TRUE;
}

五、MFC对多线程编程的支持

  MFC中有两类线程,分别称之为工作者线程用户界面线程。二者的主要区别在于工作者线程没有消息循环,而用户界面线程有自己的消息队列和消息循环
  工作者线程没有消息机制,通常用来执行后台计算和维护任务,如冗长的计算过程,打印机的后台打印等。用户界面线程一般用于处理独立于其他线程执行之外的用户输入,响应用户及系统所产生的事件和消息等。但对于Win32的API编程而言,这两种线程是没有区别的,它们都只需线程的启动地址即可启动线程来执行任务。
  在MFC中,一般用全局函数AfxBeginThread()来创建并初始化一个线程的运行,该函数有两种重载形式,分别用于创建工作者线程和用户界面线程。两种重载函数原型和参数分别说明如下: 

(1) CWinThread* AfxBeginThread(AFX_THREADPROC pfnThreadProc,
                      LPVOID pParam,
                      nPriority=THREAD_PRIORITY_NORMAL,
                      UINT nStackSize=0,
                      DWORD dwCreateFlags=0,
                      LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttrs=NULL);

PfnThreadProc:指向工作者线程的执行函数的指针,线程函数原型必须声明如下: UINT ExecutingFunction(LPVOID pParam);

请注意,ExecutingFunction()应返回一个UINT类型的值,用以指明该函数结束的原因。一般情况下,返回0表明执行成功。 

pParam:传递给线程函数的一个32位参数,执行函数将用某种方式解释该值。它可以是数值,或是指向一个结构的指针,甚至可以被忽略; 

nPriority:线程的优先级。如果为0,则线程与其父线程具有相同的优先级; 

nStackSize:线程为自己分配堆栈的大小,其单位为字节。如果nStackSize被设为0,则线程的堆栈被设置成与父线程堆栈相同大小; 

dwCreateFlags:如果为0,则线程在创建后立刻开始执行。如果为CREATE_SUSPEND,则线程在创建后立刻被挂起; 

lpSecurityAttrs:线程的安全属性指针,一般为NULL; 
 (2) CWinThread* AfxBeginThread(CRuntimeClass* pThreadClass,
                      int nPriority=THREAD_PRIORITY_NORMAL,
                      UINT nStackSize=0,
                      DWORD dwCreateFlags=0,
                      LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttrs=NULL);

  pThreadClass 是指向 CWinThread 的一个导出类的运行时类对象的指针,该导出类定义了被创建的用户界面线程的启动、退出等;其它参数的意义同形式1。使用函数的这个原型生成的线程也有消息机制,在以后的例子中我们将发现同主线程的机制几乎一样。

下面我们对CWinThread类的数据成员及常用函数进行简要说明。 

   m_hThread:当前线程的句柄; 
   m_nThreadID:当前线程的ID; 
   m_pMainWnd:指向应用程序主窗口的指针 
   BOOL CWinThread::CreateThread(DWORD dwCreateFlags=0,
   UINT nStackSize=0,
   LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttrs=NULL);

  该函数中的dwCreateFlags、nStackSize、lpSecurityAttrs参数和API函数CreateThread中的对应参数有相同含义,该函数执行成功,返回非0值,否则返回0。
  一般情况下,调用AfxBeginThread()来一次性地创建并启动一个线程,但是也可以通过两步法来创建线程:首先创建CWinThread类的一个对象,然后调用该对象的成员函数CreateThread()来启动该线程。 

virtual BOOL CWinThread::InitInstance();

  重载该函数以控制用户界面线程实例的初始化。初始化成功则返回非0值,否则返回0。用户界面线程经常重载该函数,工作者线程一般不使用InitInstance()。 
virtual int CWinThread::ExitInstance();

  在线程终结前重载该函数进行一些必要的清理工作。该函数返回线程的退出码,0表示执行成功,非0值用来标识各种错误。同InitInstance()成员函数一样,该函数也只适用于用户界面线程。 

六、MFC多线程编程实例

  在Visual C++ 6.0编程环境中,我们既可以编写C风格的32位Win32应用程序,也可以利用MFC类库编写C++风格的应用程序,二者各有其优缺点。基于Win32的应用程序执行代码小巧,运行效率高,但要求程序员编写的代码较多且需要管理系统提供给程序的所有资源;而基于MFC类库的应用程序可以快速建立起应用程序,类库为程序员提供了大量的封装类,而且Developer Studio为程序员提供了一些工具来管理用户源程序,其缺点是类库代码很庞大。由于使用类库所带来的快速、简捷和功能强大等优越性,因此除非有特殊的需要,否则Visual C++推荐使用MFC类库进行程序开发。

我们知道,MFC中的线程分为两种:用户界面线程工作者线程。我们将分别举例说明。

用 MFC 类库编程实现工作者线程

例程5 MultiThread5

   为了与Win32 API对照,我们使用MFC 类库编程实现例程3 MultiThread3。

   建立一个基于对话框的工程MultiThread5,在对话框IDD_MULTITHREAD5_DIALOG中加入一个编辑框IDC_MILLISECOND,一个按钮IDC_START,标题为“开始” ,一个进度条IDC_PROGRESS1; 
   打开ClassWizard,为编辑框IDC_MILLISECOND添加int型变量m_nMilliSecond,为进度条IDC_PROGRESS1添加CProgressCtrl型变量m_ctrlProgress; 
在MultiThread5Dlg.h文件中添加一个结构的定义: 

struct threadInfo

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