深入浅出Win32多线程程序设计.docx

1、深入浅出Win32多线程程序设计深入浅出Win32多线程程序设计之基本概念2005-12-14 09:48作者：宋宝华出处：天极开发责任编辑：方舟引言从单进程单线程到多进程多线程是操作系统发展的一种必然趋势，当年的DOS系统属于单任务操作系统，最优秀的程序员也只能通过驻留内存的方式实现所谓的多任务，而如今的Win32操作系统却可以一边听音乐，一边编程，一边打印文档。理解多线程及其同步、互斥等通信方式是理解现代操作系统的关键一环，当我们精通了Win32多线程程序设计后，理解和学习其它操作系统的多任务控制也非常容易。许多程序员从来没有学习过嵌入式系统领域著名的操作系统VxWorks，但是立马就能在

2、上面做开发，大概要归功于平时在Win32多线程上下的功夫。因此，学习Win32多线程不仅对理解Win32本身有重要意义，而且对学习和领会其它操作系统也有触类旁通的作用。进程与线程先阐述一下进程和线程的概念和区别，这是一个许多大学老师也讲不清楚的问题。进程（Process）是具有一定独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。程序只是一组指令的有序集合，它本身没有任何运行的含义，只是一个静态实体。而进程则不同，它是程序在某个数据集上的执行，是一个动态实体。它因创建而产生，因调度而运行，因等待资源或事件而被处于等待状态，因完成任务而被撤消，反映了一个程序

3、在一定的数据集上运行的全部动态过程。线程（Thread）是进程的一个实体，是CPU调度和分派的基本单位。线程不能够独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制。线程和进程的关系是：线程是属于进程的，线程运行在进程空间内，同一进程所产生的线程共享同一内存空间，当进程退出时该进程所产生的线程都会被强制退出并清除。线程可与属于同一进程的其它线程共享进程所拥有的全部资源，但是其本身基本上不拥有系统资源，只拥有一点在运行中必不可少的信息(如程序计数器、一组寄存器和栈)。根据进程与线程的设置，操作系统大致分为如下类型： （1）单进程、单线程，MS-DOS大致是这种操作系统；（2）多进程、

4、单线程，多数UNIX（及类UNIX的LINUX）是这种操作系统；（3）多进程、多线程，Win32（Windows NT/2000/XP等）、Solaris 2.x和OS/2都是这种操作系统；（4）单进程、多线程，VxWorks是这种操作系统。在操作系统中引入线程带来的主要好处是：（1）在进程内创建、终止线程比创建、终止进程要快；（2）同一进程内的线程间切换比进程间的切换要快，尤其是用户级线程间的切换。另外，线程的出现还因为以下几个原因：（1）并发程序的并发执行，在多处理环境下更为有效。一个并发程序可以建立一个进程,而这个并发程序中的若干并发程序段就可以分别建立若干线程,使这些线程在不同的处理机

5、上执行。（2）每个进程具有独立的地址空间，而该进程内的所有线程共享该地址空间。这样可以解决父子进程模型中，子进程必须复制父进程地址空间的问题。（3）线程对解决客户/服务器模型非常有效。Win32进程1、进程间通信（IPC）Win32进程间通信的方式主要有：（1）剪贴板(Clip Board)；（2）动态数据交换(Dynamic Data Exchange)；（3）部件对象模型(Component Object Model)；（4）文件映射(File Mapping)；（5）邮件槽(Mail Slots)；（6）管道(Pipes)；（7）Win32套接字(Socket)；（8）远程过程调用(Re

6、mote Procedure Call)；（9）WM_COPYDATA消息(WM_COPYDATA Message)。2、获取进程信息在WIN32中，可使用在PSAPI .DLL中提供的Process status Helper函数帮助我们获取进程信息。（1）EnumProcesses()函数可以获取进程的ID，其原型为：BOOL EnumProcesses(DWORD * lpidProcess, DWORD cb, DWORD*cbNeeded);参数lpidProcess：一个足够大的DWORD类型的数组，用于存放进程的ID值；参数cb：存放进程ID值的数组的最大长度，是一个DWORD类

7、型的数据；参数cbNeeded：指向一个DWORD类型数据的指针，用于返回进程的数目；函数返回值：如果调用成功，返回TRUE，同时将所有进程的ID值存放在lpidProcess参数所指向的数组中，进程个数存放在cbNeeded参数所指向的变量中；如果调用失败，返回FALSE。（2）GetModuleFileNameExA()函数可以实现通过进程句柄获取进程文件名，其原型为：DWORD GetModuleFileNameExA(HANDLE hProcess, HMODULE hModule,LPTSTR lpstrFileName, DWORD nsize);参数hProcess：接受进程句柄

8、的参数，是HANDLE类型的变量；参数hModule：指针型参数，在本文的程序中取值为NULL；参数lpstrFileName：LPTSTR类型的指针，用于接受主调函数传递来的用于存放进程名的字符数组指针；参数nsize：lpstrFileName所指数组的长度；函数返回值：如果调用成功，返回一个大于0的DWORD类型的数据，同时将hProcess所对应的进程名存放在lpstrFileName参数所指向的数组中；加果调用失败，则返回0。通过下列代码就可以遍历系统中的进程，获得进程列表：/获取当前进程总数EnumProcesses(process_ids, sizeof(process_ids)

9、, &num_processes);/遍历进程for (int i = 0; i num_processes; i+)/根据进程ID获取句柄 processi = OpenProcess(PROCESS_QUERY_INFORMATION | PROCESS_VM_READ, 0,process_idsi);/通过句柄获取进程文件名if (GetModuleFileNameExA(processi, NULL, File_name, sizeof(fileName)cout fileName endl;Win32线程WIN32靠线程的优先级（达到抢占式多任务的目的）及分配给线程的CPU时间来调

10、度线程。WIN32本身的许多应用程序也利用了多线程的特性，如任务管理器等。本质而言，一个处理器同一时刻只能执行一个线程（微观串行）。WIN32多任务机制使得CPU好像在同时处理多个任务一样，实现了宏观并行。其多线程调度的机制为：（1）运行一个线程，直到被中断或线程必须等待到某个资源可用；（2）保存当前执行线程的描述表(上下文)；（3）装入下一执行线程的描述表(上下文)；（4）若存在等待被执行的线程，则重复上述过程。WIN32下的线程可能具有不同的优先级，优先级的范围为031，共32级，其中31表示最高优先级，优先级0为系统保留。它们可以分成两类，即实时优先级和可变优先级：（1）实时优先级从16

11、到31，是实时程序所用的高优先级线程，如许多监控类应用程序；（2）可变优先级从1到15，绝大多数程序的优先级都在这个范围内。WIN32调度器为了优化系统响应时间，在它们执行过程中可动态调整它们的优先级。多线程确实给应用开发带来了许多好处，但并非任何情况下都要使用多线程，一定要根据应用程序的具体情况来综合考虑。一般来说，在以下情况下可以考虑使用多线程：（1）应用程序中的各任务相对独立；（2）某些任务耗时较多；（3）各任务需要有不同的优先级。另外，对于一些实时系统应用，应考虑多线程。Win32核心对象WIN32核心对象包括进程、线程、文件、事件、信号量、互斥体和管道，核心对象可能有不只一个拥有者，

12、甚至可以跨进程。有一组WIN32 API与核心对象息息相关：（1）WaitForSingleObject，用于等待对象的激活，其函数原型为：DWORD WaitForSingleObject(HANDLE hHandle, / 等待对象的句柄DWORD dwMilliseconds / 等待毫秒数，INFINITE表示无限等待);可以作为WaitForSingleObject第一个参数的对象包括：Change notification、Console input、Event、Job、Memory resource notification、Mutex、Process、Semaphore、Thr

13、ead和Waitable timer。如果等待的对象不可用，那么线程就会挂起，直到对象可用线程才会被唤醒。对不同的对象，WaitForSingleObject表现为不同的含义。例如，使用WaitForSingleObject(hThread,)可以判断一个线程是否结束；使用WaitForSingleObject(hMutex,)可以判断是否能够进入临界区；而WaitForSingleObject (hProcess, )则表现为等待一个进程的结束。与WaitForSingleObject对应还有一个WaitForMultipleObjects函数，可以用于等待多个对象，其原型为：DWORD W

14、aitForMultipleObjects(DWORD nCount,const HANDLE* pHandles,BOOL bWaitAll,DWORD dwMilliseconds);（2）CloseHandle，用于关闭对象，其函数原型为：BOOL CloseHandle(HANDLE hObject);如果函数执行成功，则返回TRUE；否则返回FALSE，我们可以通过GetLastError函数进一步可以获得错误原因。C运行时库在VC+6.0中，有两种多线程编程方法：一是使用C运行时库及WIN32 API函数，另一种方法是使用MFC，MFC对多线程开发有强大的支持。标准C运行时库是19

15、70年问世的，当时还没有多线程的概念。因此，C运行时库早期的设计者们不可能考虑到让其支持多线程应用程序。Visual C+提供了两种版本的C运行时库，-个版本供单线程应用程序调用，另一个版本供多线程应用程序调用。多线程运行时库与单线程运行时库有两个重大差别：（1）类似errno的全局变量，每个线程单独设置一个；这样从每个线程中可以获取正确的错误信息。（2）多线程库中的数据结构以同步机制加以保护。这样可以避免访问时候的冲突。Visual C+提供的多线程运行时库又分为静态链接库和动态链接库两类，而每一类运行时库又可再分为debug版和release版，因此Visual C+共提供了6个运行时库。

16、如下表：C运行时库库文件Single thread(static link)libc.libDebug single thread(static link)Libcd.libMultiThread(static link)libcmt.libDebug multiThread(static link)libcmtd.libMultiThread(dynamic link)msvert.libDebug multiThread(dynamic link)msvertd.lib如果不使用VC多线程C运行时库来生成多线程程序，必须执行下列操作：（1）使用标准 C 库（基于单线程）并且只允许可重入函数

17、集进行库调用；（2）使用 Win32 API 线程管理函数，如 CreateThread；（3）通过使用 Win32 服务（如信号量和 EnterCriticalSection 及 LeaveCriticalSection 函数），为不可重入的函数提供自己的同步。如果使用标准 C 库而调用VC运行时库函数，则在程序的link阶段会提示如下错误：error LNK2001: unresolved external symbol _endthreadexerror LNK2001: unresolved external symbol _beginthreadex深入浅出Win32多线程程序设计之

18、线程控制2005-12-15 09:04作者：宋宝华出处：天极开发责任编辑：方舟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)WaitForSingleObjec

19、t(,);/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 class ExampleTask public: void taskmain(LPVOID param); void StartTask(); ; void ExampleTask:taskmain(LPVOID param) void ExampleTask:StartTask() _beginthread(taskmain,0,NU

20、LL); 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#i

21、nclude 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

22、 (_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 class ExampleTask public: void static taskmain(LPVOID param); void StartTask(); ; void ExampleTask:taskmain(LPVOID p

23、aram) void ExampleTask:StartTask() _beginthread(taskmain,0,NULL); int main(int argc, char* argv)ExampleTask realTimeTask;realTimeTask.StartTask();return 0;和#include windows.h#include class ExampleTask public: void static taskmain(LPVOID param); ; void ExampleTask:taskmain(LPVOID param) int main(int

24、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 w

25、indows.h#include 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 realTi

26、meTask;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 structureSIZE_T dwStackSize, /Initial size of the st

27、ack, in bytes.LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress,LPVOID lpParameter, /Pointer to a variable to be passed to the threadDWORD dwCreationFlags, /Flags that control the creation of the threadLPDWORD 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

28、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 threadunsigned stack_size, /Stack size for new thread or 0.void *arglist /Argument list to be passed to new t

29、hread or NULL);uintptr_t _beginthreadex( void *security,/Pointer to a SECURITY_ATTRIBUTES structureunsigned 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