C# · 12月 19, 2021

C++多线程问题

多线程在编程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,但Windows系统为我们提供了相关API,我们可以使用它们来进行多线程编程。本文就以实例的形式讲解多线程编程的知识。

创建线程的API函数

C++代码

HANDLE CreateThread(

__in SEC_ATTRS

SecurityAttributes,

__in ULONG

StackSize,// initial stack size

__in SEC_THREAD_START

StartFunction,// thread function

__in PVOID

ThreadParameter,// thread argument

__in ULONG

CreationFlags,// creation option

__out PULONG

ThreadId // thread identifier

);

在这里我们只用到了第三个和第四个参数,第三个参数传递了一个函数的地址,也是我们要指定的新的线程,第四个参数是传给新线程的参数指针。

多线程编程实例1:

C++代码

#include

#include

using namespace std;

DWORD WINAPI Fun(LPVOID lpParamter)

{

while(1) { cout<<“Fun display!”<<endl; }

}

int main()

{

HANDLE hThread = CreateThread(NULL,Fun,NULL,NULL);

CloseHandle(hThread);

while(1) { cout<<“main display!”<<endl; }

return 0;

}

我们可以看到主线程(main函数)和我们自己的线程(Fun函数)是随机地交替执行的,但是两个线程输出太快,使我们很难看清楚,我们可以使用函数Sleep来暂停线程的执行。

C++代码

VOID WINAPI Sleep(

__in DWORD dwMilliseconds

);

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:

C++代码

#include

#include

using namespace std;

DWORD WINAPI Fun(LPVOID lpParamter)

{

while(1) { cout<<“Fun display!”<<endl; Sleep(1000);}

}

int main()

{

HANDLE hThread = CreateThread(NULL,NULL);

CloseHandle(hThread);

while(1) { cout<<“main display!”<<endl; Sleep(2000);}

return 0;

}

执行上述代码,这次我们可以清楚地看到在屏幕上交错地输出Fun display!和main display!,我们发现这两个函数确实是并发运行的,细心的读者可能会发现我们的程序是每当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。

C++多线程编程入门之经典实例

多线程编程实例3:

C++代码

#include

#include

using namespace std;

DWORD WINAPI Fun(LPVOID lpParamter)

{

while(1) { cout<<“Fun display!n”; Sleep(1000);}

}

int main()

{

HANDLE hThread = CreateThread(NULL,NULL);

CloseHandle(hThread);

while(1) { cout<<“main display!n”; Sleep(2000);}

return 0;

}

我们再次运行这个程序,我们发现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。下面我就来讲一下此前我们的程序为什么没有正确的运行。多线程的程序时并发地运行的,多个线程之间如果公用了一些资源的话,我们并不能保证这些资源都能正确地被利用,因为这个时候资源并不是独占的,下面举个例子吧。

多线程编程实例4:

假如有一个资源 int a = 3

有一个线程函数 selfAdd() 该函数是使 a += a;

又有一个线程函数 selfSub() 该函数是使 a -= a;

我们假设上面两个线程正在并发欲行,如果selfAdd在执行的时候,我们的目的是想让a编程6,但此时selfSub得到了运行的机会,所以a变成了0,等到selfAdd的到执行的机会后,a += a ,但是此时a确是0,并没有如我们所预期的那样的到6。

我们回到前面实例2,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事缓冲区),但此时main函数确得到了运行的机会,此时Fun函数还没有来得及输出换行就把cpu让给了main函数,而这时main函数就直接在Fun display!后输出main display!,至于为什么有的时候程序会连续输出两个换行,读者可以采用同样的分析方法来分析,在这里我就不多讲了,留给读者自己思考了。

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。

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,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,这样就能够解决上面的问题了。

C++代码

HANDLE CreateMutex(

LPSecurity_ATTRIBUTES lpMutexAttributes,

BOOL bInitialOwner,// initial owner

LPCTSTR lpName // object name

);

该函数用于创造一个独占资源,第一个参数我们没有使用,可以设为NULL,第二个参数指定该资源初始是否归属创建它的进程,第三个参数指定资源的名称。

C++代码

HANDLE hMutex = CreateMutex(NULL,TRUE,“screen”);

这条语句创造了一个名为screen并且归属于创建它的进程的资源。

C++代码

BOOL ReleaseMutex(

HANDLE hMutex // handle to mutex

);

该函数用于释放一个独占资源,进程一旦释放该资源,该资源就不再属于它了,如果还要用到,需要重新申请得到该资源。申请资源的函数如下:

C++代码

DWORD WaitForSingleObject(

HANDLE hHandle,// handle to object

DWORD dwMilliseconds // time-out interval

);

第一个参数指定所申请的资源的句柄,第二个参数一般指定为INFINITE,表示如果没有申请到资源就一直等待该资源,如果指定为0,表示一旦得不到资源就返回,也可以具体地指定等待多久才返回,单位是千分之一秒。好了,该到我们来解决实例2的问题的时候了,我们可以把实例2做一些修改,如下面的实例。

多线程编程实例5:

C++代码

#include

#include

using namespace std;

HANDLE hMutex;

DWORD WINAPI Fun(LPVOID lpParamter)

{

while(1) {

WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE);

cout<<“Fun display!”<<endl;

Sleep(1000);

ReleaseMutex(hMutex);

}

}

int main()

{

HANDLE hThread = CreateThread(NULL,NULL);

hMutex = CreateMutex(NULL,FALSE,“screen”);

CloseHandle(hThread);

while(1) {

WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE);

cout<<“main display!”<<endl;

Sleep(2000);

ReleaseMutex(hMutex);

}

return 0;

}

运行此代码会得到我们预期的输出内容。

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