(3) 正确编写C/C++运行库下的线程
最后更新于：2022-04-01 21:44:47
## 如何在C/C++运行库下正确的启用新线程
由于C/C++的历史早于线程的出现，因此C/C++的函数并不都是线程安全的。如全局变量errno等。
这就需要一种解决方案。一种方法是利用属于每个线程的数据块，该数据块不会被线程共享，而只能够用于线程自己，这样类似errno的情况便迎刃而解。
此外，C/C++运行库针对特定函数做了改写，使其能够进行线程同步。如malloc函数，由于不能够多线程同时执行内存堆分配操作，因此多线程版本的运行库进行了线程同步处理。
那么，如何让windows系统知道当我们创造新线程时，为我们分配属于线程的存储区呢？利用CreateThread函数并不行（C/C++运行库若获取不到存储器，会自动请求分配对应存储区，因此CreateThread函数实际也可以支持线程安全，但还有其他问题下面再说），因为他只是一个系统API，他不会知道你所写的是C\C++代码。
## _beginthreadex函数
_beginthreadex是C/C++运行库创建线程函数，因此可以完美支持C/C++代码的线程安全。其声明如下：
~~~
uintptr_t _beginthreadex(
void *security,
unsigned stack_size,
unsigned ( __stdcall *start_address )( void * ),
void *arglist,
unsigned initflag,
unsigned *thrdaddr
);
~~~
其参数意义与CreateThread函数完全相同。
重点是要理解该函数为C/C++线程安全做了那些事情。我们可以看到其函数定义。（VS2012路径为C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio 11.0\VC\crt\src\threadex.c）
~~~
_CRTIMP uintptr_t __cdecl _beginthreadex (
void *security,
unsigned stacksize,
unsigned (__stdcall * initialcode) (void *),
void * argument,
unsigned createflag,
unsigned *thrdaddr
)
{
_ptiddata ptd; /* pointer to per-thread data */
uintptr_t thdl; /* thread handle */
unsigned long err = 0L; /* Return from GetLastError() */
unsigned dummyid; /* dummy returned thread ID */
/* validation section */
_VALIDATE_RETURN(initialcode != NULL, EINVAL, 0);
/*
* Allocate and initialize a per-thread data structure for the to-
* be-created thread.
*/
if ( (ptd = (_ptiddata)_calloc_crt(1, sizeof(struct _tiddata))) == NULL )
goto error_return;
/*
* Initialize the per-thread data
*/
_initptd(ptd, _getptd()->ptlocinfo);
ptd->_initaddr = (void *) initialcode;
ptd->_initarg = argument;
ptd->_thandle = (uintptr_t)(-1);
#if defined (_M_CEE) || defined (MRTDLL)
if(!_getdomain(&(ptd->__initDomain)))
{
goto error_return;
}
#endif /* defined (_M_CEE) || defined (MRTDLL) */
/*
* Make sure non-NULL thrdaddr is passed to CreateThread
*/
if ( thrdaddr == NULL )
thrdaddr = &dummyid;
/*
* Create the new thread using the parameters supplied by the caller.
*/
if ( (thdl = (uintptr_t)
CreateThread( (LPSECURITY_ATTRIBUTES)security,
stacksize,
_threadstartex,
(LPVOID)ptd,
createflag,
(LPDWORD)thrdaddr))
== (uintptr_t)0 )
{
err = GetLastError();
goto error_return;
}
/*
* Good return
*/
return(thdl);
/*
* Error return
*/
error_return:
/*
* Either ptd is NULL, or it points to the no-longer-necessary block
* calloc-ed for the _tiddata struct which should now be freed up.
*/
_free_crt(ptd);
/*
* Map the error, if necessary.
*
* Note: this routine returns 0 for failure, just like the Win32
* API CreateThread, but _beginthread() returns -1 for failure.
*/
if ( err != 0L )
_dosmaperr(err);
return( (uintptr_t)0 );
}
~~~
**可以看到_beginthreadex函数做了以下事项：**
1、在函数开始处，在C/C++运行库堆上分配并初始化每个线程的私有内存ptd。
2、我们初始传入的线程函数与线程参数被存储到ptd中。
3、_beginthreade最终调用CreateThread函数运行线程（毕竟windows系统只认识其API）。
4、注意在CreateThread函数中，线程函数替换为另一函数_threadstartex，同时线程参数传入了ptd。
## _threadstartex函数
由_beginthreadex函数定义可以知道，我们的线程函数，其实首先执行的都是_threadstartex。那么我们看看该函数都做了什么。
~~~
static unsigned long WINAPI _threadstartex (
void * ptd
)
{
_ptiddata _ptd; /* pointer to per-thread data */
/*
* Check if ptd is initialised during THREAD_ATTACH call to dll mains
*/
if ( ( _ptd = (_ptiddata)__crtFlsGetValue(__get_flsindex())) == NULL)
{
/*
* Stash the pointer to the per-thread data stucture in TLS
*/
if ( !__crtFlsSetValue(__get_flsindex(), ptd) )
ExitThread(GetLastError());
/*
* Set the thread ID field -- parent thread cannot set it after
* CreateThread() returns since the child thread might have run
* to completion and already freed its per-thread data block!
*/
((_ptiddata) ptd)->_tid = GetCurrentThreadId();
_ptd = ptd;
}
else
{
_ptd->_initaddr = ((_ptiddata) ptd)->_initaddr;
_ptd->_initarg = ((_ptiddata) ptd)->_initarg;
_ptd->_thandle = ((_ptiddata) ptd)->_thandle;
#if defined (_M_CEE) || defined (MRTDLL)
_ptd->__initDomain=((_ptiddata) ptd)->__initDomain;
#endif /* defined (_M_CEE) || defined (MRTDLL) */
_freefls(ptd);
ptd = _ptd;
}
#if defined (_M_CEE) || defined (MRTDLL)
DWORD domain=0;
if(!_getdomain(&domain))
{
ExitThread(0);
}
if(domain!=_ptd->__initDomain)
{
/* need to transition to caller's domain and startup there*/
::msclr::call_in_appdomain(_ptd->__initDomain, _callthreadstartex);
return 0L;
}
#endif /* defined (_M_CEE) || defined (MRTDLL) */
_ptd->_initapartment = __crtIsPackagedApp();
if (_ptd->_initapartment)
{
_ptd->_initapartment = _initMTAoncurrentthread();
}
_callthreadstartex();
/*
* Never executed!
*/
return(0L);
}
~~~
**上面代码很多，大体看下就好。要了解的是：**
1、和往常一样，CreateThread后，系统会先调用RtlUserThreadStart，然后由其调用_threadstartex。
2、在_threadstartex中，调用了系统API [TlsSetValue](https://msdn.microsoft.com/en-us/library/aa908728.aspx) 来讲ptd与调用线程关联起来（TLS 线程本地存储）。
3、_threadstartex调用 _callthreadstartex() 来运行我们最初传入的线程函数。
## _callthreadstartex函数
经历了上面种种，最终我们传入的线程函数，会被 _callthreadstartex函数调用。其定义如下：
~~~
static void _callthreadstartex(void)
{
_ptiddata ptd; /* pointer to thread's _tiddata struct */
/* must always exist at this point */
ptd = _getptd();
/*
* Guard call to user code with a _try - _except statement to
* implement runtime errors and signal support
*/
__try {
_endthreadex (
( (unsigned (__CLR_OR_STD_CALL *)(void *))(((_ptiddata)ptd)->_initaddr) )
( ((_ptiddata)ptd)->_initarg ) ) ;
}
__except ( _XcptFilter(GetExceptionCode(), GetExceptionInformation()) )
{
/*
* Should never reach here
*/
_exit( GetExceptionCode() );
} /* end of _try - _except */
}
~~~
该函数很简单，就是拿出ptd的值，同时，调用了_endthreadex函数来执行并返回我们的线程函数。
## _endthreadex函数
与_beginthreadex函数对应，_endthreadex是C/C++运行库终止线程运行的函数，其定义如下
~~~
/***
*_endthreadex() - Terminate the calling thread
*
*Purpose:
*
*Entry:
* Thread exit code
*
*Exit:
* Never returns!
*
*Exceptions:
*
*****************************************/
void __cdecl _endthreadex (
unsigned retcode
)
{
_ptiddata ptd; /* pointer to thread's _tiddata struct */
ptd = _getptd_noexit();
if (ptd) {
if (ptd->_initapartment)
_uninitMTAoncurrentthread();
/*
* Free up the _tiddata structure & its subordinate buffers
* _freeptd() will also clear the value for this thread
* of the FLS variable __flsindex.
*/
_freeptd(ptd);
}
/*
* Terminate the thread
*/
ExitThread(retcode);
}
~~~
**与_beginthreadex函数对应，**
1、_endthreadex销毁了在_beginthreadex分配的堆内存（保证了没有内存泄露）。
2、其调用了系统API ExitThread退出线程。
## ExitThread VS _endthreadex
在编写C\C++程序时，要调用_endthreadex来结束线程。基于如下两个理由：
1、ExitThread函数非C++函数，线程创建的C++对象不会得到析构。
2、若线程中使用了ptd，ExitThread不会释放内存，造成内存泄露。
## CreateThread VS _beginthreadex
一般的理由是，CreateThread有可能照成内存泄露。（如果使用了ptd内存，而CreateThread并不会在内部自动调用释放内存函数，但若链接的是C/C++运行库的dll版本，则其会在线程退出的DLL_THREAD_DETCH通知中释放内存）。
## 不要调用的C/C++函数
_beginthreadex和_endthreadex分别有两个比较老的版本：
~~~
uintptr_t _beginthread(
void( __cdecl *start_address )( void * ),
unsigned stack_size,
void *arglist
);
void _endthread( void );
~~~
我们应该忘记这两个函数，不要调用它们。
对于_beginthread函数，可以看出其函数参数是较少的，例如其中不包括安全属性，让我们对线程的控制力没有其增强版本多。
同时，由于在_beginthread内部会调用_endthread函数，而该函数多此一举的会调用一次CloseHandle，来帮我们关闭线程句柄。似乎有友好的操作，但实际会照成问题。例如下边代码
~~~
HANDLE hThread = _beginthread(...);
WaitForSingleObject(hThread, INFINITE);
CloseHandle(hThread);
~~~
在真正调用WaitForSingleObject之前，_beginthread函数里的线程可能已经执行完毕，系统会释放一次线程handle句柄，同时，_endthread又会释放一次handle句柄（此时handle计数为0）。那么再调用WaitForSingleObject时，可能这时的hThread已经是一个无效句柄，导致函数调用失败，同理，对CloseHandle也是一样。
';