C++多線程編程入門之經典執行個體

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原文：http://blog.csdn.net/zhang_sinner/article/details/42921397

 

多線程在編程中有相當重要的地位，我們在實際開發時或者找工作面試時總能遇到多線程的問題，對多線程的理解程度從一個側面反映了程式員的編程水平。

       其實C++語言本身並沒有提供多線程機制，但Windows系統為我們提供了相關API，我們可以使用它們來進行多線程編程。本文就以執行個體的形式講解多線程編程的知識。

       建立線程的API函數

C++代碼

1. HANDLE CreateThread(   
2.   __in   SEC_ATTRS    
3.             SecurityAttributes,   
4.   __in   ULONG    
5.             StackSize,        // initial stack size   
6.   __in   SEC_THREAD_START    
7.             StartFunction,    // thread function   
8.   __in   PVOID    
9.             ThreadParameter,  // thread argument
10.   __in   ULONG    
11.             CreationFlags,    // creation option   
12.   __out  PULONG    
13.             ThreadId          // thread identifier   
14. );  

       在這裡我們只用到了第三個和第四個參數，第三個參數傳遞了一個函數的地址，也是我們要指定的新的線程，第四個參數是傳給新線程的參數指標。

       多線程編程執行個體1：

C++代碼

1. #include <iostream>   
2. #include <windows.h>   
3. using namespace std;   
4.   
5. DWORD WINAPI Fun(LPVOID lpParamter)   
6. {   
7.       while(1) { cout<<"Fun display!"<<endl; }   
8. }   
9.   
10. int main()   
11. {   
12.     HANDLE hThread = CreateThread(NULL, 0, Fun, NULL, 0, NULL);   
13.     CloseHandle(hThread);   
14.     while(1) { cout<<"main display!"<<endl;  }   
15.     return 0;   
16. }  

       我們可以看到主線程（main函數）和我們自己的線程（Fun函數）是隨機地交替執行的，但是兩個線程輸出太快，使我們很難看清楚，我們可以使用函數Sleep來暫停線程的執行。

C++代碼

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

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

       多線程編程執行個體2：

C++代碼

1. #include <iostream>   
2. #include <windows.h>   
3. using namespace std;   
4.   
5. DWORD WINAPI Fun(LPVOID lpParamter)   
6. {       
7.       while(1) { cout<<"Fun display!"<<endl; Sleep(1000);}   
8. }   
9.   
10. int main()   
11. {   
12.       HANDLE hThread = CreateThread(NULL, 0, Fun, NULL, 0, NULL);   
13.       CloseHandle(hThread);   
14.       while(1) { cout<<"main display!"<<endl;  Sleep(2000);}   
15.       return 0;   
16. }  

       執行上述代碼，這次我們可以清楚地看到在螢幕上交錯地輸出Fun display!和main display!，我們發現這兩個函數確實是並發啟動並執行，細心的讀者可能會發現我們的程式是每當Fun函數和main函數輸出內容後就會輸出換行，但是我們看到的確是有的時候程式輸出換行了，有的時候確沒有輸出換行，甚至有的時候是輸出兩個換行。這是怎麼回事？下面我們把程式改一下看看。

 

        多線程編程執行個體3：

C++代碼

1. #include <iostream>   
2. #include <windows.h>   
3. using namespace std;   
4.   
5. DWORD WINAPI Fun(LPVOID lpParamter)   
6. {   
7.       while(1) { cout<<"Fun display!\n"; Sleep(1000);}   
8. }   
9.   
10. int main()   
11. {   
12.       HANDLE hThread = CreateThread(NULL, 0, Fun, NULL, 0, NULL);   
13.       CloseHandle(hThread);   
14.       while(1) { cout<<"main display!\n";  Sleep(2000);}   
15.       return 0;   
16. }  

       我們再次運行這個程式，我們發現這時候正如我們預期的，正確地輸出了我們想要輸出的內容並且格式也是正確的。下面我就來講一下此前我們的程式為什麼沒有正確的運行。多線程的程式時並發地啟動並執行，多個線程之間如果公用了一些資源的話，我們並不能保證這些資源都能正確地被利用，因為這個時候資源並不是獨佔的，下面舉個例子吧。

       多線程編程執行個體4：

       假如有一個資源 int a = 3

       有一個線程函數 selfAdd() 該函數是使 a += a;

       又有一個線程函數 selfSub() 該函數是使 a -= a;

       我們假設上面兩個線程正在並發欲行，如果selfAdd在執行的時候，我們的目的是想讓a編程6，但此時selfSub得到了啟動並執行機會，所以a變成了0，等到selfAdd的到執行的機會後，a += a ，但是此時a確是0，並沒有如我們所預期的那樣的到6。

       我們回到前面執行個體2，在這裡，我們可以把螢幕看成是一個資源，這個資源被兩個線程所共用，加入當Fun函數輸出了Fun display!後，將要輸出endl（也就是清空緩衝區並換行，在這裡我們可以不用理解什麼事緩衝區），但此時main函數確得到了啟動並執行機會，此時Fun函數還沒有來得及輸出換行就把CPU讓給了main函數，而這時main函數就直接在Fun display!後輸出main display!，至於為什麼有的時候程式會連續輸出兩個換行，讀者可以採用同樣的分析方法來分析，在這裡我就不多講了，留給讀者自己思考了。

       那麼為什麼我們把執行個體2改成執行個體3就可以正確的運行呢？原因在於，多個線程雖然是並發啟動並執行，但是有一些操作是必須一氣呵成的，不允許打斷的，所以我們看到執行個體2和執行個體3的運行結果是不一樣的。

       那麼，是不是執行個體2的代碼我們就不可以讓它正確的運行呢？答案當然是否，下面我就來講一下怎樣才能讓執行個體2的代碼可以正確運行。這涉及到多線程的同步問題。對於一個資源被多個線程共用會導致程式的混亂，我們的解決方案是只允許一個線程擁有對共用資源的獨佔，這樣就能夠解決上面的問題了。

C++代碼

1. HANDLE CreateMutex(      
2.     LPSECURITY_ATTRIBUTES lpMutexAttributes,       
3.     BOOL bInitialOwner,                       // initial owner      
4.     LPCTSTR lpName                            // object name      
5. );   

       該函數用於創造一個獨佔資源，第一個參數我們沒有使用，可以設為NULL，第二個參數指定該資源初始是否歸屬建立它的進程，第三個參數指定資源的名稱。

C++代碼

1. HANDLE hMutex = CreateMutex(NULL,TRUE,"screen");   

       這條語句創造了一個名為screen並且歸屬於建立它的進程的資源。

C++代碼

1. BOOL ReleaseMutex(   
2.     HANDLE hMutex   // handle to mutex   
3. );  

       該函數用於釋放一個獨佔資源，進程一旦釋放該資源，該資源就不再屬於它了，如果還要用到，需要重新申請得到該資源。申請資源的函數如下：

C++代碼

1. DWORD WaitForSingleObject(   
2.     HANDLE hHandle,        // handle to object   
3.     DWORD dwMilliseconds   // time-out interval   
4. );  

       第一個參數指定所申請的資源的控制代碼，第二個參數一般指定為INFINITE，表示如果沒有申請到資源就一直等待該資源，如果指定為0，表示一旦得不到資源就返回，也可以具體地指定等待多久才返回，單位是千分之一秒。好了，該到我們來解決執行個體2的問題的時候了，我們可以把執行個體2做一些修改，如下面的執行個體。

       多線程編程執行個體5：

C++代碼

1. #include <iostream>   
2. #include <windows.h>   
3. using namespace std;   
4.   
5. HANDLE hMutex;   
6.   
7. DWORD WINAPI Fun(LPVOID lpParamter)   
8. {   
9.        while(1) {    
10.                  WaitForSingleObject(hMutex, INFINITE);   
11.                  cout<<"Fun display!"<<endl;    
12.                  Sleep(1000);   
13.                  ReleaseMutex(hMutex);   
14.         }   
15. }   
16.   
17. int main()   
18. {   
19.       HANDLE hThread = CreateThread(NULL, 0, Fun, NULL, 0, NULL);   
20.       hMutex = CreateMutex(NULL, FALSE, "screen");   
21.       CloseHandle(hThread);   
22.       while(1) {   
23.                WaitForSingleObject(hMutex, INFINITE);   
24.                cout<<"main display!"<<endl;     
25.                Sleep(2000);   
26.                ReleaseMutex(hMutex);   
27.       }   
28.   
29.       return 0;   
30. }  

       運行此代碼會得到我們預期的輸出內容。

C++多線程編程入門之經典執行個體