9.1 運用API創建多線程

在Windows平臺下創建多線程有兩種方式，讀者可以使用CreateThread函數，或者使用beginthreadex函數均可，兩者雖然都可以用於創建多線程環境，但還是存在一些差異的，首先CreateThread函數它是Win32 API的一部分，而_beginthreadex是C/C++運行庫的一部分，在參數返回值類型方面，CreateThread返回線程句柄，而_beginthreadex返回線程ID，當然這兩者在使用上並沒有太大的差異，但為了代碼更加通用筆者推薦使用後者，因為後者與平臺無關性更容易實現跨平臺需求。

9.1.1 CreateThread

CreateThread 函數是Windows API提供的用於創建線程的函數。它接受一些參數，如線程的入口函數、線程的堆棧大小等，可以創建一個新的線程並返回線程句柄。開發者可以使用該句柄控制該線程的運行狀態。需要註意，在使用CreateThread創建線程時，線程入口函數的返回值是線程的退出碼，而不是線程執行的結果值。

CreateThread 函數原型如下：

HANDLE CreateThread(
  LPSECURITY_ATTRIBUTES   lpThreadAttributes,
  SIZE_T                  dwStackSize,
  LPTHREAD_START_ROUTINE  lpStartAddress,
  LPVOID                  lpParameter,
  DWORD                   dwCreationFlags,
  LPDWORD                 lpThreadId
);

參數說明：

• lpThreadAttributes：指向SECURITY_ATTRIBUTES結構體的指針，指定線程安全描述符和訪問許可權。通常設為NULL，表示使用預設值。
• dwStackSize：指定線程堆棧的大小，以位元組為單位。如果dwStackSize為0，則使用預設的堆棧大小。(註：在32位程式下，該值的預設大小為1MB；在64位程式下，該值的預設大小為4MB)
• lpStartAddress：指向線程函數的指針，這個函數就是線程執行的入口點。當線程啟動時，系統就會調用這個函數。
• lpParameter：指定傳遞給線程函數的參數，可以為NULL。
• dwCreationFlags：指定線程的創建標誌。通常設為0，表示使用預設值。
• lpThreadId：指向一個DWORD變數的指針，表示返回的線程ID號。可以為NULL。

CreateThread 函數將創建一個新的線程，並返回線程句柄。開發者可以使用該句柄控制該線程的運行狀態，如掛起、恢復、終止等。線程創建成功後，執行線程函數進行相應的業務處理。需要註意的是，在使用CreateThread創建線程時，線程入口函數的返回值是線程的退出碼，而不是線程執行的結果值。

#include <windows.h>
#include <iostream>

using namespace std;

DWORD WINAPI Func(LPVOID lpParamter)
{
  for (int x = 0; x < 10; x++)
  {
    cout << "thread function" << endl;
    Sleep(200);
  }
  return 0;
}

int main(int argc,char * argv[])
{
  HANDLE hThread = CreateThread(NULL, 0, Func, NULL, 0, NULL);
  CloseHandle(hThread);

  for (int x = 0; x < 10; x++)
  {
    cout << "main thread" << endl;
    Sleep(400);
  }

  system("pause");
  return 0;
}

如上所示代碼中我們線上程函數Func()內沒有進行任何的加鎖操作，那麼也就會出現資源的爭奪現象，這些會被搶奪的資源就被稱為是臨界資源，我們可以通過設置臨界鎖來實現同一時刻內保持一個線程操作資源。

EnterCriticalSection 是Windows API提供的線程同步函數之一，用於進入一個臨界區並且鎖定該區域，以確保同一時間只有一個線程訪問臨界區代碼。

EnterCriticalSection函數的函數原型如下：

void EnterCriticalSection(
  LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection
);

參數說明：

• lpCriticalSection：指向CRITICAL_SECTION結構體的指針，表示要進入的臨界區。

EnterCriticalSection 函數將等待，直到指定的臨界區對象可用並且已經鎖定，然後，當前線程將進入臨界區。臨界區中的代碼將在當前線程完成之前，不允許被任何其他線程執行。當線程完成臨界區的工作時，應該調用LeaveCriticalSection函數釋放臨界區。否則，其他線程將無法進入臨界區，導致死鎖。

EnterCriticalSection 函數是比較底層的線程同步函數，需要開發者自行創建臨界區，維護臨界區的狀態併進行加鎖解鎖的操作，使用時需要註意對臨界區中的操作進行適當的封裝和處理。同時，EnterCriticalSection函數也是比較高效的線程同步方式，對於需要頻繁訪問臨界資源的場景，可以通過使用臨界區來提高程式的性能。

#include <Windows.h>
#include <iostream>

int Global_One = 0;

// 全局定義臨界區對象
CRITICAL_SECTION g_cs;

// 定義一個線程函數
DWORD WINAPI ThreadProc(LPVOID lpParam)
{
  // 加鎖防止線程數據衝突
  EnterCriticalSection(&g_cs);
  for (int x = 0; x < 10; x++)
  {
    Global_One++;
    Sleep(1);
  }

  // 執行完修改以後,需要釋放鎖
  LeaveCriticalSection(&g_cs);
  return 0;
}

int main(int argc, char * argv[])
{
  // 初始化臨界區
  InitializeCriticalSection(&g_cs);
  HANDLE hThread[10] = { 0 };

  for (int x = 0; x < 10; x++)
  {
    // 迴圈創建線程
    hThread[x] = CreateThread(NULL, 0, ThreadProc, NULL, 0, NULL);
  }

  // 等待多個線程執行結束
  WaitForMultipleObjects(10, hThread, TRUE, INFINITE);

  // 最後迴圈釋放資源
  for (int x = 0; x < 10; x++)
  {
    CloseHandle(hThread[x]);
  }

  printf("全局變數值: %d \n", Global_One);

  // 釋放鎖
  DeleteCriticalSection(&g_cs);

  system("pause");
  return 0;
}

9.1.2 BeginThreadex

BeginThreadex 是C/C++運行庫提供的用於創建線程的函數。它也接受一些參數，如線程的入口函數、線程的堆棧大小等，與CreateThread不同的是，_beginthreadex函數返回的是線程的ID，而不是線程句柄。開發者可以使用該ID在運行時控制該線程的運行狀態。此外，_beginthreadex函數通常與_endthreadex配對使用，供線程退出時使用。

beginthreadex 函數的函數原型如下：

uintptr_t _beginthreadex(
  void*                 security,
  unsigned             stack_size,
  unsigned(__stdcall*  start_address)(void*),
  void*                 arglist,
  unsigned             initflag,
  unsigned*            thrdaddr
);

參數說明：

• security：與Windows安全機制相關，用於指定線程的安全屬性，一般填NULL即可。
• stack_size：指定線程的堆棧大小，以位元組為單位。如果stack_size為0，則使用預設的堆棧大小。
• start_address：線程函數的入口點。
• arglist：傳遞給線程函數的參數。
• initflag：線程標誌，0表示啟動線程後立即運行，CREATE_SUSPENDED表示啟動線程後暫停運行。
• thrdaddr：指向unsigned變數的指針，表示返回的線程ID號。可以為NULL。

與CreateThread相比，_beginthreadex函數返回線程ID而非線程句柄，使用時需要註意區分。與CreateThread不同的是，_beginthreadex函數接受傳遞給線程函數的參數放在arglist中，方便傳遞多個參數。線程使用完需要調用_endthreadex函數來關閉線程。當使用了_beginthreadex創建的線程退出時，會調用_endthreadex來結束線程，這裡的返回值會被當做線程的退出碼。

#include <windows.h>
#include <iostream>
#include <process.h>

using namespace std;

unsigned WINAPI Func(void *arg)
{
  for (int x = 0; x < 10; x++)
  {
    cout << "thread function" << endl;
    Sleep(200);
  }
  return 0;
}

int main(int argc, char * argv[])
{
  HANDLE hThread = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, Func, NULL, 0, NULL);
  CloseHandle(hThread);
  for (int x = 0; x < 10; x++)
  {
    cout << "main thread" << endl;
    Sleep(400);
  }

  system("pause");
  return 0;
}

由於CreateThread()函數是Windows提供的API介面,在C/C++語言另有一個創建線程的函數_beginthreadex()該函數在創建新線程時會分配並初始化一個_tiddata塊,這個塊用來存放一些需要線程獨享的數據,從而保證了線程資源不會發生衝突的情況,代碼只需要稍微在上面基礎上改進即可。

當然該函數同樣需要設置線程臨界區而設置方式與CreateThread中所展示的完全一致。

#include <stdio.h>
#include <process.h>
#include <windows.h>

// 全局資源
long g_nNum = 0;

// 子線程個數
const int THREAD_NUM = 10;

CRITICAL_SECTION  g_csThreadCode;

unsigned int __stdcall ThreadFunction(void *ptr)
{
  int nThreadNum = *(int *)ptr;

  // 進入線程鎖
  EnterCriticalSection(&g_csThreadCode);
  g_nNum++;
  printf("線程編號: %d --> 全局資源值: %d --> 子線程ID: %d \n", nThreadNum, g_nNum, GetCurrentThreadId());

  // 離開線程鎖
  LeaveCriticalSection(&g_csThreadCode);
  return 0;
}

int main(int argc,char * argv[])
{
  unsigned int ThreadCount = 0;
  HANDLE handle[THREAD_NUM];

  InitializeCriticalSection(&g_csThreadCode);

  for (int each = 0; each < THREAD_NUM; each++)
  {
    handle[each] = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, ThreadFunction, &each, 0, &ThreadCount);
    printf("線程ID: %d \n", ThreadCount);
  }

  WaitForMultipleObjects(THREAD_NUM, handle, TRUE, INFINITE);

  DeleteCriticalSection(&g_csThreadCode);

  system("pause");
  return 0;
}

總的來說，_beginthreadex比CreateThread更加高級，封裝了許多細節，使用起來更方便，特別是對於傳遞多個參數的情況下，可以更簡單地傳參。

本文作者： 王瑞
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