C++ 多線程技術 Windows 平台常用 API 詳解

線程狀態

• 掛起：創建後未運行，或調用 `SuspendThread`。無執行資格。
• 就緒/等待：有執行資格，等待 CPU 時間片。
• 運行：獲得時間片，正在執行指令。
• 阻塞：I/O、鎖等待、睡眠等，主動放棄 CPU。

狀態流轉：創建(掛起) → ResumeThread → 就緒 → 調度 → 運行 → 阻塞/時間片用盡 → 就緒 → ... → 退出。

核心 API

創建線程

HANDLE CreateThread(
    LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes, // 安全屬性，通常 NULL
    SIZE_T dwStackSize,                       // 棧大小，0=默認 1MB
    LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress,    // 線程函數入口
    LPVOID lpParameter,                       // 傳給線程函數的參數
    DWORD dwCreationFlags,                    // 0=立即運行, CREATE_SUSPENDED=掛起創建
    LPDWORD lpThreadId                        // 接收線程 ID，可 NULL
);

返回 `HANDLE`（線程句柄，本質是指針），用於後續操作。失敗返回 `NULL`。

線程控制

• `DWORD ResumeThread(HANDLE hThread)`：喚醒掛起線程，返回前掛起計數。
• `DWORD SuspendThread(HANDLE hThread)`：掛起線程，返回前掛起計數。慎用：可能導致死鎖（如掛起持有鎖的線程）。
• `BOOL TerminateThread(HANDLE hThread, DWORD dwExitCode)`：強制終止，極度危險（不釋放鎖、不執行析構、破壞進程狀態）。已棄用，禁用。
• `void ExitThread(DWORD dwExitCode)`：線程主動退出。

同步等待

• `DWORD WaitForSingleObject(HANDLE hHandle, DWORD dwMilliseconds)`：等待線程結束（`hHandle` 為線程句柄），`INFINITE` 永久等待。返回 `WAIT_OBJECT_0` 成功。
• `DWORD WaitForMultipleObjects(DWORD nCount, const HANDLE* lpHandles, BOOL bWaitAll, DWORD dwMilliseconds)`：等待多個線程/事件。

線程局部存儲 (TLS)

DWORD TlsAlloc();           // 分配 TLS 索引
LPVOID TlsGetValue(DWORD dwTlsIndex);
BOOL TlsSetValue(DWORD dwTlsIndex, LPVOID lpTlsValue);
BOOL TlsFree(DWORD dwTlsIndex);

每線程獨立的 `void*` 值，無需鎖即可存取線程私有數據。

關鍵字 volatile

告訴編譯器「該變量可能被外部（其他線程、硬件、信號處理器）修改」，禁止優化掉讀寫、禁止重排序（僅限編譯器層面，不保證 CPU 內存序）。
用於簡單標誌位：`volatile bool stop = false;` 線程 1 寫 `stop=true`，線程 2 讀 `while(!stop)`。
不適用於複雜同步，需配合 `Interlocked*` 原子操作或 `CriticalSection`/`Mutex`/`Event`。

完整示例

#include 
#include 

volatile bool stop = false;
DWORD WINAPI Worker(LPVOID param) {
    int id = (int)(intptr_t)param;
    while (!stop) {
        printf("Thread %d working...\n", id);
        Sleep(1000);
    }
    printf("Thread %d stopped.\n", id);
    return 0;
}

int main() {
    HANDLE h[2];
    h[0] = CreateThread(NULL, 0, Worker, (LPVOID)1, 0, NULL);
    h[1] = CreateThread(NULL, 0, Worker, (LPVOID)2, 0, NULL);
    Sleep(3000);
    stop = true; // 通知停止
    WaitForMultipleObjects(2, h, TRUE, INFINITE); // 等待兩線程結束
    CloseHandle(h[0]); CloseHandle(h[1]);
    return 0;
}

現代 C++ 建議

• C++11 起優先使用 `std::thread`、`std::mutex`、`std::condition_variable`、`std::atomic`，跨平台、RAII 安全、語義清晰。
• Windows API 僅在需調用平台特有功能（如纖維、IOCP、特定同步原語）或維護舊代碼時使用。

總結

Windows 線程 API 核心：`CreateThread`/`ResumeThread`/`SuspendThread`/`WaitForSingleObject`/`TerminateThread(禁用)`/`ExitThread`。同步用 `CriticalSection`/`Mutex`/`Event`/`Semaphore`。`volatile` 僅防編譯器優化，非線程安全萬能藥。現代代碼首選 C++11 標準庫線程設施。