C++多线程编程入门学习

多线程在中有相当重要的地位，我们在实际开发时或者找工作面试时总能遇到多线程的问题，对多线程的理解程度从一个侧面反映了程序员的编程水平。

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。

创建线程的api函数

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：

 1 #include 
 2 #include 
 3 using namespace std;
 4 
 5 dword winapi fun(lpvoid lpparamter)
 6 {
 7  for (int i = 0; i < 10; i++)
 8cout << "a thread fun display!" << endl;
 9  return 0l;
10 }
11 
12 int main()
13 {
14  handle hthread = createthread(null, 0, fun, null, 0, null);
15  closehandle(hthread);
16  for (int i = 0; i < 10; i++)
17cout << "main thread display!" << endl;
18  return 0;
19 }

 

运行结果：

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。

多线程编程实例2：

 1 #include 
 2 #include 
 3 using namespace std;
 4 
 5 dword winapi fun(lpvoid lpparamter)
 6 {
 7  for (int i = 0; i < 10; i++)
 8  {
 9cout << "a thread fun display!" << endl;
10sleep(200);
11  }
12
13  return 0l;
14 }
15 
16 int main()
17 {
18  handle hthread = createthread(null, 0, fun, null, 0, null);
19  closehandle(hthread);
20  for (int i = 0; i < 10; i++)
21  {
22cout << "main thread display!" << endl;
23sleep(500);
24  }
25
26  return 0;
27 }

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。

多线程编程实例3：

 1 #include 
 2 #include 
 3 using namespace std;
 4 
 5 dword winapi fun(lpvoid lpparamter)
 6 {
 7  for (int i = 0; i < 10; i++)
 8  {
 9//cout << "a thread fun display!" << endl;
10cout << "a thread fun display!\n";
11sleep(200);
12  }
13
14  return 0l;
15 }
16 
17 int main()
18 {
19  handle hthread = createthread(null, 0, fun, null, 0, null);
20  closehandle(hthread);
21  for (int i = 0; i < 10; i++)
22  {
23//cout << "main thread display!" << endl;
24cout << "main thread display!\n";
25sleep(500);
26  }
27
28  return 0;
29 }

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
 boolbinitialowner,//创建mutex时的当前线程是否拥有mutex的所有权
 lpctstrlpname  //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

多线程实例4：

 1 #include 
 2 #include 
 3 using namespace std;
 4 
 5 handle hmutex = null;//互斥量
 6 //线程函数
 7 dword winapi fun(lpvoid lpparamter)
 8 {
 9  for (int i = 0; i < 10; i++)
10  {
11//请求一个互斥量锁
12waitforsingleobject(hmutex, infinite);
13cout << "a thread fun display!" << endl;
14sleep(100);
15//释放互斥量锁
16releasemutex(hmutex);
17  }
18  return 0l;//表示返回的是long型的0
19 
20 }
21 
22 int main()
23 {
24  //创建一个子线程
25  handle hthread = createthread(null, 0, fun, null, 0, null);
26  hmutex = createmutex(null, false,"screen");
27  //关闭线程
28  closehandle(hthread);
29  //主线程的执行路径
30  for (int i = 0; i < 10; i++)
31  {
32//请求获得一个互斥量锁
33waitforsingleobject(hmutex,infinite);
34cout << "main thread display!" << endl;
35sleep(100);
36//释放互斥量锁
37releasemutex(hmutex);
38  }
39  return 0;
40 }

运行结果：