C++多线程编程入门之经典实例

2022-12-03 09:10:45

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

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
  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：

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

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

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

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

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

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

运行此代码会得到我们预期的输出内容。

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