在C++中封装Win32线程

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目的

将 Win32 线程封装在 C++ 类中，易于继承和重用。隐藏线程的细节，以便用户可以专注于项目细节。

动机

C++ 等面向对象语言的优势在于能够封装对象的表示和实现，从而使编程更侧重于更高的抽象级别。我们说我们是在接口级别而不是函数级别进行编程。然而，大多数操作系统并不是为 C++ 设计的，它们通常使用非面向对象的方法来实现。这就是为什么有时封装某些平台相关的资源（例如线程）会很棘手。我的方法涵盖了 Win32 线程。

Win32 线程

要在同一进程中创建另一个线程，在 Win32 中需要使用几个处理线程的 API 函数。然而，它们是 C API 而不是 C++ API。我们可以很容易地注意到 C 语言的惯用法，如回调函数、`void*` 与其他类型之间的转换等等。让我们看看创建 Win32 线程的 API 函数 `CreateThread` 是如何工作的。下面是它的原型。

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

lpStartAddress 是一个指向将在新线程中运行的回调函数的指针，而 lpParameter 是一个传递给新线程的 `void*` 类型的参数。然而，传递回调函数的指针不符合 OOP 的精神，并且如果我们想将线程封装在类中，这会成为一个严重的障碍。传递给 `CreateThread` 的回调函数需要具有以下原型：

	DWORD WINAPI ThreadProc(
		LPVOID lpParameter
	);

我们将注意到这个原型会阻止我们将此回调函数作为类的成员，因为它的成员函数会传递一个隐藏的参数：`this`。那么该怎么办呢？我们就此失败了吗？还没有。我们不能使用成员函数，而且我们已经看到了原因，但是类有静态方法，它们对所有对象只有一个实例。它们与类而不是对象相关联。这就是为什么它们不将 `this` 作为参数传递。所以静态函数成为回调函数的有趣选择。然而，有一个小问题，如果我们的线程在一个静态方法中，那么无论我们有多少个该类的对象，都只有一个线程，因为一个静态方法每个类只有一个实例。这并不是我们想要的。我们希望我们的工作线程成为一个成员方法，易于被子类重写，并且所有这些解决方法对客户端都是透明的。我们可以做到吗？可以。如果你看 `ThreadProc`，你会注意到它可以传递一个 `void*` 参数。没有什么可以阻止我们将 `(void*)this` 传递给它，而在 `ThreadProc` 中，我们只需调用我们的工作方法，因为我们现在有了这个指针。这样做的代码将如下所示：

//here we create the thread
HANDLE CThread::CreateThread ()
{
	return ::CreateThread ((NULL, 0, (unsigned long (__stdcall *)(void *))this->runProcess, 
				(void *)this, 0, NULL);
}	

//static method
int CThread::runProcess (void* pThis)
{
	return ((CThread*)(pThis))->Process();
}

//our working method, virtual, overridable
int CThread::Process ()
{
	//will work in another thread
}

到目前为止一切顺利。我们设法提供了一个线程机制的封装，因此用户只需实现自己的 `Process`，然后调用 `CreateThread` 成员函数。提供重用性甚至更容易，因为用户可以简单地继承我们上面定义的类 `CThread`，然后实现 `Process`，接着调用 `CreateThread`，这样就得到了一个简单的线程。然而，这里有一个小问题需要注意：假设我们有一个 `CThread` 的子类，名为 `CMyThread`。在 `CreateThread` 中，我们将 `this`（它是 `CMyThread*` 类型）转换为 `void*` 并将其传递给 `runProcess`，我们在其中将它转换回 `CThread`。C++ 标准规定，如果你将类型 `X*` 转换为 `void*`，那么只有在转换为相同的类型 `X*` 时才允许。其他转换会导致未定义的行为。这仅仅意味着我们做错了。我们该如何解决？嗯，可以通过一个小小的解决方法。

struct workAround {
	CThread* this_thread;
};

//we pass a workAround struct instead of this
HANDLE CThread::CreateThread ()
{
	workAround* wA	= new workAround;
	wa->this_thread	= this;
	return ::CreateThread ((NULL, 0, (unsigned long (__stdcall *)(void *))this->runProcess, 
				(void *)wa, 0, NULL);
}	

//static method
int CThread::runProcess (void* pThis)
{
	workAround* wA	= (workAround*)pThis;
	//this will call the appropriate method, as Process is a virtual method
	CThread* thread = wA->this_thread;
	delete wA;
	return thread->Process();
}

这次我们是对的，因为我们正在与同一类型（`struct workAround`）进行转换。最后，为了遵循 C++ 的精神，我们将使用 C++ 转换，而不是 C 转换。例如，不是 `(void*)wA`，而是 `static_cast(wA)`。

结论

由于如今大多数操作系统都不是面向对象的，作为 C++ 开发者，我们在需要封装平台相关资源时通常必须寻找解决方法。我们必须采取不同的技巧来实现这一点，但一旦我们封装好它，它就会非常简单易用，并且可以大大减少精力来重用。Win32 中的线程就是这方面的一个很好的例子。你可以进一步研究源代码以获得更深入的见解。祝你编程愉快！