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C++ 多线程

时间:2018-03-30  来源:www.WaiTang.com  作者:外唐教程网  来源:  查看:68  

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NULLSIZE_T                  dwStackSize,        //新线程的初始化栈在大小,可设置为0LPTHREAD_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NULLDWORD                   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 子线程:cout strThreadName

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NULLBOOL                  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;}

结果:

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

为进一步理解线程同步的重要性和互斥量的使用方法,我们再来看一个例子。

买火车票是大家春节回家最为关注的事情,我们就简单模拟一下火车票的售票系统(为使程序简单,我们就抽出最简单的模型进行模拟):有500张从北京到赣州的火车票,在8个窗口同时出售,保证系统的稳定性和数据的原子性。

【Demo4】:模拟火车售票系统

SaleTickets.h

#include "stdafx.h"#include windows.h>#include iostream>#include strstream> #include string> using namespace std; #define NAME_LINE   40 //定义线程函数传入参数的结构体typedef struct __TICKET{int nCount;char strTicketName[NAME_LINE]; __TICKET() : nCount(0){memset(strTicketName, 0, NAME_LINE * sizeof(char));}}TICKET; typedef struct __THD_DATA{TICKET* pTicket;char strThreadName[NAME_LINE]; __THD_DATA() : pTicket(NULL){memset(strThreadName, 0, NAME_LINE * sizeof(char));}}THD_DATA; //基本类型数据转换成字符串templateclass T>string convertToString(const T val){string s;std::strstream ss;ss val;ss >> s;return s;} //售票程序DWORD WINAPI SaleTicket(LPVOID lpParameter);

SaleTickets.cpp

#include "stdafx.h"#include windows.h>#include iostream>#include "SaleTickets.h" using namespace std; extern HANDLE g_hMutex; //售票程序DWORD WINAPI SaleTicket(LPVOID lpParameter){ THD_DATA* pThreadData = (THD_DATA*)lpParameter;TICKET* pSaleData = pThreadData->pTicket;while(pSaleData->nCount > 0){//请求获得一个互斥量锁WaitForSingleObject(g_hMutex, INFINITE);if (pSaleData->nCount > 0){cout pThreadData->strThreadName "出售第" pSaleData->nCount -- "的票,";if (pSaleData->nCount >= 0) {cout "出票成功!剩余" pSaleData->nCount "张票." endl;} else {cout "出票失败!该票已售完。" endl;}}Sleep(10);//释放互斥量锁ReleaseMutex(g_hMutex);} return 0L;}

测试程序:

//售票系统void Test2(){//创建一个互斥量g_hMutex = CreateMutex(NULL, FALSE, NULL);//初始化火车票

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