软件工具与环境

软件工具与环境第二章多任务与多线程编程一、Windows程序的生与死在了解Windows程序的架构以及它与Windows系统之间的关系后，对Windows消息种类以及产生时机的透彻了解，正是程序设计的关键。下面以窗口的产生与死亡，说明消息的产生与传递，以及应用程序的生与死。1、程序初始化过程中调用CreateWindow，为程序建立了一个窗口，作为程序的屏幕舞台。CreateWindow产生窗口之后会送出WM_CREATE直接给窗口函数，后者于是可以在此时做些初始化操作（例如配置内存、打开文件、读初始数据等。2、在程序活着的过程中，不断以GetMessage从消息队列中获取消息。如果这个消息是WM_QUIT，GetMessage会返回0而结束while循环，进而结束整个程序。3、DispatchMessage通过WindowsUSER模块的协助和监督，把消息分发给窗口函数。消息将在该处被判别并处理。4、程序不断进行上述2和3的操作。5、当操作者按下系统菜单中的Close命令项时，系统送出WM_CLOSE。通常程序的窗口函数不拦截此消息，于是DefWindowProc处理它。6、DefWindowProc收到WM_CLOSE后调用DestroyWindow把窗口清除。DefWindowProc本身又会送出WM_DESTROY。7、程序对MW_DESTROY的标准反应是调用PostQuitMessage。8、PostQuitMessage没有什么操作，只送出WM_QUIT消息，准备让消息循环中的GetMessage获取此消息，结束消息循环。二、空闲时间的处理1、空闲时间的概念所谓空闲时间（idletime）是指“系统中没有任何消息等待处理”的时间。例如没有任何程序使用定时器（timer，它会定时送来WM_TIMER），使用者也没有按键盘和鼠标或操作任何外设，那么系统就处于所谓的空闲时间。2、空闲时间的处理空闲时间经常发生。后台工作最适合在空闲时间完成。传统的SDK程序如果要处理空闲时间，可以用下列循环取代WinMain中的传统消息循环（见图1）原因是PeekMessage和GetMessage的性质不同：它们都是从消息队列中获取消息，如果没有消息，程序的主执行线程（primarythread，是一个UI执行线程）会被操作系统挂起。当操作系统再次回来照顾这一执行线程时，发现消息队列中仍然是空的，这时两个函数的行为就不同了：（1）GetMessage会过门不入，于是操作系统再去照顾其它程序。（2）PeekMessage会取回控制权，使程序得以执行一段时间。于是上述消息循环进入OnIdle函数中。三、Windows的多任务1、Windows3.X的协同式多任务Windows3.X都允许同时执行多个程序。但分享CPU是程序的责任（即应用程序具有对CPU的控制权）。如果有一个程序不放弃CPU（许多程序采用传统的消息循环，而拒绝与其它程序共享资源），其它程序只有挂起而无法响应操作。2、Windows9X的抢先式多任务操作系统能够强迫应用程序把CPU分享给其它程序。即程序对CPU的占用时间由系统控制，系统为每个程序分配一定的CPU时间，当程序的运行超过规定时间后，系统就会中断该程序并把CPU控制权让给其它程序。3、多线程多任务在Win32系统中，执行一个程序，必然会产生一个进程；当一个进程建立后，主线程也产生了。多任务是指系统可以同时运行多个进程，而每个进程也可同时执行多个线程。一个程序可以运行多个线程，每个线程独立地执行程序代码中的一组语句。四、进程与线程通常用进程（process）表示一个执行中的程序，并认为它是CPU调度单位。事实上线程（thread）才是调度单位。进程是应用程序的运行实例。每个进程都有自己私有的虚拟地址空间。每个进程都有一个主线程，但可以建立另外的线程。进程中的线程是并行执行的，各线程占用CPU的时间由系统决定。线程是Windows9X／NT系统调度分配CPU时间的基本单位。进程至少有一个线程，也可以另外增加线程。系统为每个线程分配一个CPU时间片（约20ms），系统不停地在各个线程之间切换。线程只有在分配的时间片内才有对CPU的控制权1、核心对象核心对象是系统的一种资源，系统对象一但产生，任何应用程序都可以开启并使用该对象。系统给予核心对象一个计数值作为管理之用。核心对象包括下列几种：（见图2）这些核心对象的产生方式（使用的API）不同，但都会获得一个handle作为识别；每被使用一次，其对应的计数值就增1。核心对象的结束方式相当一致，调用CloseHandle即可。Process对象不是用来执行程序代码的；它只是一个数据结构，系统用它来管理进程。程序代码的执行是线程的工作。2、进程的产生和死亡执行一个程序，必然会产生一个进程（process）。最直接的程序执行方式就是在shell（如Windows9X的资源管理器）中用鼠标双击某一个可执行文件图标（如为app.exe），运行起来的app进程其实就是shell调用CreateProcess激活的。整个执行流程如下：（1）shell调用CreateProcess激活app.exe（2）系统产生一个进程核心对象，计数值为1。（3）系统为此进程建立一个4GB地址空间。（4）加载器将必要的码加载到上述地址空间中，包括app.exe的程序、数据，以及所需的动态链接库（dlls）.（5）系统为此进程建立一个线程，称为主线程（primarythread）。线程才是CPU时间的分配对象。（6）系统调用CRuntime函数库的Startupcode。（7）Startupcode调用app程序的WinMain函数。（8）app程序开始运行。（9）操作者关闭app主窗口，使WinMain中的消息循环结束，于是WinMain结束。（10）回到Startupcode。（11）回到系统，系统调用ExitProcess结束进程。因此通过这种方式执行的所有Windows程序，都是shell的子进程。但shell在调用CreateProcess时已经剪断了父进程与子进程之间的关系，而使它们成为独立个体。可以写一个程序，专门用来激活其它的程序。关键在于我们能否正确运用具有众多参数的API函数CreateProcess（图3）如果一个进程要结束自己，只要调用：VOIDExitProcess(UINTfuExitCode)如果说一个进程要结束另一个进程，可以使用：（图4）显然，只要有某个进程的handle，就可以结束它。前面曾提过剪断父子进程关系的概念，只要我们在父进程结束前，把它所开启的核心对象（如子进程、线程对象等）用CloseHandle关闭，就可以实现此目的，操作系统会自动把对象的计数值减1，表示与此核心对象不再有任何关系（图5）。如果计数值为0，对象会自动被操作系统摧毁。3、一个线程的产生与死亡执行程序代码是线程的工作。当一个进程建立后，主线程也产生了。所以每一个Windows程序一开始就有一个线程。我们可以调用CreateThread产生额外的线程，系统会帮我们完成下列事情：（1）配置线程对象，其handle将成为CreateThread的返回值。（2）设定计数值为1。（3）配置线程的context。（4）保存线程的堆栈。（5）将context中的堆栈指针和指令指针设定妥当。如果要在程序中产生一个新线程，调用CreateThread（图6）即可。（例1、例2、例3）当完成工作后，应该调用CloseHandle释放核心对象（图7）。（例4）使用“线程核心对象”的线程会使核心对象开启。因此线程对象的默认计数值为2。当调用CloseHandle（）时，计数值减1；当线程对象结束时，计数值再减1。只有当这两件事都有发生了，对象才会被真正清除。线程的结束有两种情况：（1）一种是正常结束这种情况是线程函数结束退出，线程也就自然结束了（例5）。这时系统会调用ExitThread（图8）做些清理工作；当然线程自己也可以自行调用此函数来结束自己。（例6）在下面的程序中将CloseHandle函数与GetExitCodeThread函数的关系作了调整：CloseHandle的调用操作被移到了GetExitCodeThread的前面，目的是使GetExitCodeThread的调用失败（例7）。前面使用了两种等待方法。1）第一种方法是Win32Sleep()函数这个函数要求操作系统暂时中止线程的动作，直到经过某个指定的时间后才能恢复。实际上，程序员不可能知道具体应该要等待多少时间。2）第二种方法是使用循环等待，不断调用GetExitCodeThread()，直到其结果不再是STILL_ACTIVE。这种方法对系统效率会造成冲击。因此，绝对不要在Win32中使用这种循环的方法。（例8）3）Win32提供一种等待一个对象的方法：WaitForSingleObject()函数（图9）（例9）4）Win32也提供一种同时等待一个以上对象的函数WaitForMultiplebject()（图10）（例10）（2）非正常结束一是进程结束（自然也导致线程的结束）。二是另外的线程以TerminateThread将它强制结束。不过TerminateThread少用为好。4、线程的种类MFC将线程分为工作者线程和用户界面线程。（1）工作者线程（WorkerThreads）工作者线程与用户界面无关，没有消息循环，一般用来完成后台工作。（2）用户界面线程（UIThreads）用户界面线程与用户界面有关，具有消息循环来处理界面消息，可与用户进行交互。五、MFC多线程程序设计1、产生一个工作者线程由于工作者线程与用户界面无关。编程时，应该准备一个线程函数，然后调用AfxBeginThread全局函数：（图11）（例11、例12、例13）2、产生一个用户界面线程用户界面线程不能只用一个线程函数来代表，因为它要处理消息循环。CWinThread::Run（）成员函数中就有一个消息循环。所以应该先从CWinThread类中派生一个自己的类，再调用全局函数AfxBeginThread产生一个CWinThread类的对象：（图12）3、线程的结束工作者线程的生命就是线程函数本身，函数一旦return，线程也就结束。或者线程函数也可以调用AfxEndThread，结束线程。用户界面线程因为有消息循环，必须在消息队列中放一个WM_QUIT，才能结束线程。放置消息WM_QUIT的方式和一般的Win32程序一样，调用PostQuitMessage即可办到；或者在线程的任何一个函数中调用AfxEndThread，也可以结束线程。