C++多线程编程入门及范例详解.pdf
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1、多线程编程之一多线程编程之一问题提出问题提出一、问题的提出一、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:1.void CSingleThreadDlg:OnSleepSixSecond()2.3.Sleep(6000);/延时 6 秒4.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
2、的操作,我们有必要学习多线程编程。二、二、多线程概述多线程概述进程和线程都是操作系统的概念。进程是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。线程是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
3、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
4、。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、三、Win32API 对多线程编程的支持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。1.HANDLE CreateThread(LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes,2.DWORD dwStackSize,3.LPT
5、HREAD_START_ROUTINE lpStartAddress,4.LPVOID lpParameter,5.DWORD dwCreationFlags,6.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
6、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。1.DWORD SuspendThre
7、ad(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。1.DWORD ResumeThread(HANDLE hThread);该函数用于结束线程的挂起状态,执行线程。1.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。1.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 Terminat
8、eThread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。1BOOL PostThreadMessage(DWORD idThread,2.UINT Msg,3.WPARAM wParam,4.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。idThread:将接收消息的线程的 I
9、D;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、四、Win32API 多线程编程例程多线程编程例程例程例程 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
10、-only;在 MultiThread1Dlg.h 文件中添加线程函数声明:1.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:1.HANDLE hThread;2.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:1.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,volati
11、le 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:1.void ThreadFunc()2.3.CTime time;4.CString strTime;5.m_bRun=TRUE;6.while(m_bRun)7.8.time=CTime:GetCurrentTime();9.strTime=time.Format(%H:%M:%S);10.:SetDlgItemText(AfxGetMainWnd()-m_hWnd,IDC_TIME,strTime)
12、;11.Sleep(1000);12.13.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:1.void CMultiThread1Dlg:OnStart()2.3./TODO:Add your control notification handler code here4.hThread=CreateThread(NULL,5.0,6.(LPTHREAD_START_ROUTINE)ThreadFunc,7.NULL,8.0,9.&ThreadID);10.GetDlgItem(IDC_START)-E
13、nableWindow(FALSE);11.GetDlgItem(IDC_STOP)-EnableWindow(TRUE);12.13.双击 IDC_STOP 按钮,完成该按钮的消息函数:1.void CMultiThread1Dlg:OnStop()2.3./TODO:Add your control notification handler code here4.m_bRun=FALSE;5.GetDlgItem(IDC_START)-EnableWindow(TRUE);6.GetDlgItem(IDC_STOP)-EnableWindow(FALSE);7.编译并运行该例程,体会使用
14、Win32API 编写的多线程。例程例程 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:1.void ThreadFunc(int integer);注意,线程函数的声明应在类 CMultiThread2Dlg 的外部。在类 CMultiThread2D
15、lg 内部添加 protected 型变量:1.HANDLE hThread;2.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:1.void ThreadFunc(int integer)2.3.int i;4.for(i=0;iEnableWindow(FALSE);12.WaitForSingleObject(hThread,INFINITE);13.GetDlgItem(IDC_START)-EnableWindow(TRU
16、E);14.顺便说一下 WaitForSingleObject 函数,其函数原型为:1.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 dwMilliseco
17、nds 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:1.typedef str
18、uct2.3.int firstArgu,4.long secondArgu,5.6.myType,*pMyType;创建线程时1.CreateThread(NULL,0,threadFunc,pMyType,);在 threadFunc 函数内部,可以使用“强制转换”:1.int intValue=(pMyType)lpvoid)-firstArgu;2.long longValue=(pMyType)lpvoid)-seconddArgu;3.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_M
19、ULTITHREAD3_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:1.struct threadInfo2.3.UINT nMilliSecond;4.CProgressCtrl*pctrlPro
20、gress;5.;线程函数的声明:1.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:1.HANDLE hThread;2.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:1.void CMultiThread3Dlg:OnStart()2.3./TODO:Add your
21、 control notification handler code here4.5.UpdateData(TRUE);6.Info.nMilliSecond=m_nMilliSecond;7.Info.pctrlProgress=&m_ctrlProgress;8.9.hThread=CreateThread(NULL,10.0,11.(LPTHREAD_START_ROUTINE)ThreadFunc,12.&Info,13.0,14.&ThreadID);15./*16.GetDlgItem(IDC_START)-EnableWindow(FALSE);17.WaitForSingleO
22、bject(hThread,INFINITE);18.GetDlgItem(IDC_START)-EnableWindow(TRUE);19.*/20.在函数 BOOL CMultiThread3Dlg:OnInitDialog()中添加语句:1.2.3.4./TODO:Add extra initialization here5.m_ctrlProgress.SetRange(0,99);6.m_nMilliSecond=10;7.UpdateData(FALSE);8.return TRUE;/return TRUE unless you set the focus to a contro
23、l9.添加线程处理函数:UINT ThreadFunc(LPVOID lpParam)1.2.threadInfo*pInfo=(threadInfo*)lpParam;3.for(int i=0;inMilliSecond;6.7.pInfo-pctrlProgress-SetPos(i);8.9.Sleep(nTemp);10.11.return 0;12.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
24、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R
25、ead-only;在 MultiThread4Dlg.cpp 文件中进行如下操作:添加公共变量1.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:1.DWORD WINAPI threadFunc(LPVOID threadNum)2.3.while(m_bRunFlag)4.5.Sleep(3000);6.7.return 0;8.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:1.void CMultiThread4Dlg:OnTest()2.3.DWORD threadI
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