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C++多线程编程

清风伴月
 清风伴月
发布于 2017/04/13 16:55
字数 2144
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其实C++语言本身并没有提供多线程机制(当然目前C++ 11新特性中,已经可以使用std::thread来创建线程了,因为还没有系统地了解过,所以这里不提了。),但Windows系统为我们提供了相关API,我们可以使用他们来进行多线程编程。

 

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

/*
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:设置初始栈的大小,以字节为单位,如果为0,那么默认将使用与调用该函数的线程相同的栈空间大小。
任何情况下,Windows根据需要动态延长堆栈的大小。

lpStartAddress:指向线程函数的指针,函数名称没有限制,但是必须以下列形式声明:
DWORD WINAPI 函数名 (LPVOID lpParam) ,格式不正确将无法调用成功。

lpParameter:向线程函数传递的参数,是一个指向结构的指针,不需传递参数时,为NULL。

dwCreationFlags:控制线程创建的标志,可取值如下:
(1)CREATE_SUSPENDED(0x00000004):创建一个挂起的线程(就绪状态),直到线程被唤醒时才调用
(2)0:表示创建后立即激活。
(3)STACK_SIZE_PARAM_IS_A_RESERVATION(0x00010000):dwStackSize参数指定初始的保留堆栈的大小,
如果STACK_SIZE_PARAM_IS_A_RESERVATION标志未指定,dwStackSize将会设为系统预留的值

lpThreadId:保存新线程的id

返回值:函数成功,返回线程句柄,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。
*/

 

 

多线程编程实例1

#include <iostream>   
#include <windows.h>   
using namespace std;

DWORD WINAPI Fun(LPVOID lpParamter)
{
    for (int i = 0; i < 10; i++)
        cout << "A Thread Fun Display!" << endl;
    return 0L;
}

int main()
{
    HANDLE hThread = CreateThread(NULL, 0, Fun, NULL, 0, NULL);
    CloseHandle(hThread);
    for (int i = 0; i < 10; i++)
        cout << "Main Thread Display!" << endl;
    return 0;
}

可以看到主线程(main函数)和我们自己的线程(Fun函数)是随机交替执行的。可以看到Fun函数其实只运行了六次,这是因为主线程运行完之后将所占资源都释放掉了,使得子线程还没有运行完。看来主线程执行得有点快,让它sleep一下吧。

使用函数Sleep来暂停线程的执行。

1 VOID WINAPI Sleep(   
2   __in  DWORD dwMilliseconds   
3 );

dwMilliseconds表示千分之一秒,所以 Sleep(1000); 表示暂停1秒。

#include <iostream>   
#include <windows.h>   
using namespace std;

DWORD WINAPI Fun(LPVOID lpParamter)
{
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        cout << "A Thread Fun Display!" << endl;
        Sleep(200);
    }
        
    return 0L;
}

int main()
{
    HANDLE hThread = CreateThread(NULL, 0, Fun, NULL, 0, NULL);
    CloseHandle(hThread);
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        cout << "Main Thread Display!" << endl;
        Sleep(500);
    }
        
    return 0;
}

运行结果:

程序是每当Fun函数和main函数输出内容后就会输出换行,但是我们看到的确是有的时候程序输出换行了,有的时候确没有输出换行,甚至有的时候是输出两个换行。这是怎么回事?下面我们把程序改一下看看。

#include <iostream>   
#include <windows.h>   
using namespace std;

DWORD WINAPI Fun(LPVOID lpParamter)
{
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        //cout << "A Thread Fun Display!" << endl;
        cout << "A Thread Fun Display!\n";
        Sleep(200);
    }
        
    return 0L;
}

int main()
{
    HANDLE hThread = CreateThread(NULL, 0, Fun, NULL, 0, NULL);
    CloseHandle(hThread);
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        //cout << "Main Thread Display!" << endl;
        cout << "Main Thread Display!\n";
        Sleep(500);
    }
        
    return 0;
}

运行结果

这时候,正如我们预期的,正确地输出了我们想要输出的内容并且格式也是正确的。在这里,我们可以把屏幕看成是一个资源,这个资源被两个线程所共用,加入当Fun函数输出了Fun Display!后,将要输出endl(也就是清空缓冲区并换行,在这里我们可以不用理解什么是缓冲区),但此时,main函数却得到了运行的机会,此时Fun函数还没有来得及输出换行(时间片用完),就把CPU让给了main函数,而这时main函数就直接在Fun Display!后输出Main Display!。

  另一种情况就是“输出两个换行”,这种情况就是比如输出Main Display!并输出endl后,时间片用完,轮到子线程占用CPU,子进程上一次时间片用完时停在了Fun Display!,下一次时间片过来时,刚好开始输出endl,此时就会“输出两个换行”。

  那么为什么我们把实例2改成实例3就可以正确的运行呢?原因在于,多个线程虽然是并发运行的,但是有一些操作(比如输出一整段内容)是必须一气呵成的,不允许打断的,所以我们看到实例2和实例3的运行结果是不一样的。它们之间的差异就是少了endl,而多了一个换行符\n

  那么,是不是实例2的代码我们就不可以让它正确的运行呢?答案当然是否定的,下面我就来讲一下怎样才能让实例2的代码可以正确运行。这涉及到多线程的同步问题。对于一个资源被多个线程共用会导致程序的混乱,我们的解决方法是只允许一个线程拥有对共享资源的独占,这里我们用互斥量(Mutex)来进行线程同步

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
);
/*
MutexAttributes: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:Mutex的名称
*/

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

/*
WaitForSingleObject: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为释放的互斥量句柄

#include <iostream>
#include <windows.h>
using namespace std;

HANDLE hMutex = NULL;//互斥量
//线程函数
DWORD WINAPI Fun(LPVOID lpParamter)
{
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        //请求一个互斥量锁
        WaitForSingleObject(hMutex, INFINITE);
        cout << "A Thread Fun Display!" << endl;
        Sleep(100);
        //释放互斥量锁
        ReleaseMutex(hMutex);
    }
    return 0L;//表示返回的是long型的0

}

int main()
{
    //创建一个子线程
    HANDLE hThread = CreateThread(NULL, 0, Fun, NULL, 0, NULL);
    hMutex = CreateMutex(NULL, FALSE,"screen");
    //关闭线程
    CloseHandle(hThread);
    //主线程的执行路径
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        //请求获得一个互斥量锁
        WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE);
        cout << "Main Thread Display!" << endl;
        Sleep(100);
        //释放互斥量锁
        ReleaseMutex(hMutex);
    }
    return 0;
}

运行结果:

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