深入浅出Win32多线程程序设计之线程控制

作者：宋宝华出处：天极开发责任编辑：方舟 [ 2005-12-15 09:04 ]

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);

}