小兔网

C++ 多线程

说明
分类：计算机

创建线程

在Windows平台，Windows API提供了对多线程的支持。前面进程和线程的概念中我们提到，一个程序至少有一个线程，这个线程称为主线程(main thread)，如果我们不显示地创建线程，那我们产的程序就是只有主线程的间线程程序。

下面，我们看看Windows中线程相关的操作和方法：

CreateThread 与 CloseHandle

CreateThread 用于创建一个线程，其函数原型如下：

HANDLE WINAPI CreateThread(    LPSECURITY_ATTRIBUTES   lpThreadAttributes, //线程安全相关的属性，常置为NULL    SIZE_T                  dwStackSize,        //新线程的初始化栈在大小，可设置为0    LPTHREAD_START_ROUTINE  lpStartAddress,     //被线程执行的回调函数，也称为线程函数    LPVOID                  lpParameter,        //传入线程函数的参数，不需传递参数时为NULL    DWORD                   dwCreationFlags,    //控制线程创建的标志    LPDWORD                 lpThreadId          //传出参数，用于获得线程ID，如果为NULL则不返回线程ID);

说明：

  • lpThreadAttributes：指向SECURITY_ATTRIBUTES结构的指针，决定返回的句柄是否可被子进程继承，如果为NULL则表示返回的句柄不能被子进程继承。

  • dwStackSize ：线程栈的初始化大小，字节单位。系统分配这个值对

  • lpStartAddress：指向一个函数指针，该函数将被线程调用执行。因此该函数也被称为线程函数(ThreadProc)，是线程执行的起始地址，线程函数是一个回调函数，由操作系统在线程中调用。线程函数的原型如下：

    DWORD WINAPI ThreadProc(LPVOID lpParameter);    //lpParameter是传入的参数，是一个空指针

  • lpParameter：传入线程函数(ThreadProc)的参数，不需传递参数时为NULL

  • dwCreationFlags：控制线程创建的标志，有三个类型，0：线程创建后立即执行线程；CREATE_SUSPENDED：线程创建后进入就绪状态，直到线程被唤醒时才调用；STACK_SIZE_PARAM_IS_A_RESERVATION：dwStackSize 参数指定线程初始化栈的大小，如果STACK_SIZE_PARAM_IS_A_RESERVATION标志未指定，dwStackSize将会设为系统预留的值。

  • 返回值：如果线程创建成功，则返回这个新线程的句柄，否则返回NULL。如果线程创建失败，可通过GetLastError函数获得错误信息。

    BOOL WINAPI CloseHandle(HANDLE hObject);        //关闭一个被打开的对象句柄
    可用这个函数关闭创建的线程句柄，如果函数执行成功则返回true(非0),如果失败则返回false(0)，如果执行失败可调用GetLastError.函数获得错误信息。

【Demo1】：创建一个最简单的线程

实例

#include "stdafx.h"#include <windows.h>#include <iostream> using namespace std; //线程函数DWORD WINAPI ThreadProc(LPVOID lpParameter){    for (int i = 0; i < 5; ++ i)    {        cout << "子线程:i = " << i << endl;        Sleep(100);    }    return 0L;} int main(){    //创建一个线程    HANDLE thread = CreateThread(NULL, 0, ThreadProc, NULL, 0, NULL);    //关闭线程    CloseHandle(thread);     //主线程的执行路径    for (int i = 0; i < 5; ++ i)    {        cout << "主线程:i = " << i << endl;        Sleep(100);    }     return 0;}

结果如下：

主线程:i = 0 子线程:i = 0 主线程:i = 1 子线程:i = 1 子线程:i = 2 主线程:i = 2 子线程:i = 3 主线程:i = 3 子线程:i = 4 主线程:i = 4

【Demo2】：在线程函数中传入参数

实例

#include "stdafx.h"#include <windows.h>#include <iostream> using namespace std; #define NAME_LINE   40 //定义线程函数传入参数的结构体typedef struct __THREAD_DATA{    int nMaxNum;    char strThreadName[NAME_LINE];     __THREAD_DATA() : nMaxNum(0)    {        memset(strThreadName, 0, NAME_LINE * sizeof(char));    }}THREAD_DATA;   //线程函数DWORD WINAPI ThreadProc(LPVOID lpParameter){    THREAD_DATA* pThreadData = (THREAD_DATA*)lpParameter;     for (int i = 0; i < pThreadData->nMaxNum; ++ i)    {        cout << pThreadData->strThreadName << " --- " << i << endl;        Sleep(100);    }    return 0L;} int main(){    //初始化线程数据    THREAD_DATA threadData1, threadData2;    threadData1.nMaxNum = 5;    strcpy(threadData1.strThreadName, "线程1");    threadData2.nMaxNum = 10;    strcpy(threadData2.strThreadName, "线程2"); //创建第一个子线程    HANDLE hThread1 = CreateThread(NULL, 0, ThreadProc, &threadData1, 0, NULL);    //创建第二个子线程    HANDLE hThread2 = CreateThread(NULL, 0, ThreadProc, &threadData2, 0, NULL);    //关闭线程    CloseHandle(hThread1);    CloseHandle(hThread2);     //主线程的执行路径    for (int i = 0; i < 5; ++ i)    {        cout << "主线程 === " << i << endl;        Sleep(100);    }     system("pause");    return 0;}

结果：

主线程 === 线程1 — 0 0 线程2 — 0 线程1 — 1 主线程 === 1 线程2 — 1 主线程 === 2 线程1 — 2 线程2 — 2 主线程 === 3 线程2 — 3 线程1 — 3 主线程 === 4 线程2 — 4 线程1 — 4 线程2 — 5 请按任意键继续… 线程2 — 6 线程2 — 7 线程2 — 8 线程2 — 9

CreateMutex、WaitForSingleObject、ReleaseMutex

从【Demo2】中可以看出，虽然创建的子线程都正常执行起来了，但输出的结果并不是我们预期的效果。我们预期的效果是每输出一条语句后自动换行，但结果却并非都是这样。这是因为在线程执行时没有做同步处理，比如第一行的输出，主线程输出"主线程 ==="后时间片已用完，这时轮到子线程1输出，在子线程输出"线程1 —"后时间片也用完了，这时又轮到主线程执行输出"0"，之后又轮到子线程1输出"0"。于是就出现了"主线程 === 线程1 — 0 0"的结果。

主线程：cout << "主线程 === " << i << endl;
子线程：cout << pThreadData->strThreadName << " — " << i << endl;

为避免出现这种情况，我们对线程做一些简单的同步处理，这里我们用互斥量(Mutex)。

互斥量(Mutex)和二元信号量类似，资源仅允许一个线程访问。与二元信号量不同的是，信号量在整个系统中可以被任意线程获取和释放，也就是说，同一个信号量可以由一个线程获取而由另一线程释放。而互斥量则要求哪个线程获取了该互斥量锁就由哪个线程释放，其它线程越俎代庖释放互斥量是无效的。

在使用互斥量进行线程同步时会用到以下几个函数：

HANDLE WINAPI CreateMutex(    LPSECURITY_ATTRIBUTES lpMutexAttributes,        //线程安全相关的属性，常置为NULL    BOOL                  bInitialOwner,            //创建Mutex时的当前线程是否拥有Mutex的所有权    LPCTSTR               lpName                    //Mutex的名称);

说明： lpMutexAttributes也是表示安全的结构，与CreateThread中的lpThreadAttributes功能相同，表示决定返回的句柄是否可被子进程继承，如果为NULL则表示返回的句柄不能被子进程继承。bInitialOwner表示创建Mutex时的当前线程是否拥有Mutex的所有权，若为TRUE则指定为当前的创建线程为Mutex对象的所有者，其它线程访问需要先ReleaseMutex。lpName为Mutex的名称。

DWORD WINAPI WaitForSingleObject(    HANDLE hHandle,                             //要获取的锁的句柄    DWORD  dwMilliseconds                           //超时间隔);

说明： WaitForSingleObject的作用是等待一个指定的对象(如Mutex对象)，直到该对象处于非占用的状态(如Mutex对象被释放)或超出设定的时间间隔。除此之外，还有一个与它类似的函数WaitForMultipleObjects，它的作用是等待一个或所有指定的对象，直到所有的对象处于非占用的状态，或超出设定的时间间隔。

hHandle：要等待的指定对象的句柄。dwMilliseconds：超时的间隔，以毫秒为单位；如果dwMilliseconds为非0，则等待直到dwMilliseconds时间间隔用完或对象变为非占用的状态，如果dwMilliseconds 为INFINITE则表示无限等待，直到等待的对象处于非占用的状态。

BOOL WINAPI ReleaseMutex(HANDLE hMutex);

说明：释放所拥有的互斥量锁对象，hMutex为释放的互斥量的句柄。

【Demo3】：线程同步

实例

#include "stdafx.h"#include <windows.h>#include <iostream> #define NAME_LINE   40 //定义线程函数传入参数的结构体typedef struct __THREAD_DATA{    int nMaxNum;    char strThreadName[NAME_LINE];     __THREAD_DATA() : nMaxNum(0)    {        memset(strThreadName, 0, NAME_LINE * sizeof(char));    }}THREAD_DATA; HANDLE g_hMutex = NULL;     //互斥量 //线程函数DWORD WINAPI ThreadProc(LPVOID lpParameter){    THREAD_DATA* pThreadData = (THREAD_DATA*)lpParameter;     for (int i = 0; i < pThreadData->nMaxNum; ++ i)    {        //请求获得一个互斥量锁        WaitForSingleObject(g_hMutex, INFINITE);        cout << pThreadData->strThreadName << " --- " << i << endl;        Sleep(100);        //释放互斥量锁        ReleaseMutex(g_hMutex);    }    return 0L;} int main(){    //创建一个互斥量    g_hMutex = CreateMutex(NULL, FALSE, NULL);     //初始化线程数据    THREAD_DATA threadData1, threadData2;    threadData1.nMaxNum = 5;    strcpy(threadData1.strThreadName, "线程1");    threadData2.nMaxNum = 10;    strcpy(threadData2.strThreadName, "线程2");      //创建第一个子线程    HANDLE hThread1 = CreateThread(NULL, 0, ThreadProc, &threadData1, 0, NULL);    //创建第二个子线程    HANDLE hThread2 = CreateThread(NULL, 0, ThreadProc, &threadData2, 0, NULL);    //关闭线程    CloseHandle(hThread1);    CloseHandle(hThread2);     //主线程的执行路径    for (int i = 0; i < 5; ++ i)    {        //请求获得一个互斥量锁        WaitForSingleObject(g_hMutex, INFINITE);        cout << "主线程 === " << i << endl;        Sleep(100);        //释放互斥量锁        ReleaseMutex(g_hMutex);    }     system("pause");    return 0;}