C++ 毫秒級定時器類 LRTimer：基於 Windows 可等待定時器與 APC 異步回調

設計目標

• 最小間隔 1ms，精度優於 WM_TIMER（~10-15ms）。
• 獨立線程運行，不阻塞主線程。
• 支持任意回調函數 void callback(void*)。
• 動態修改間隔、啟動/停止控制。
• 跨編譯器兼容（MSVC、MinGW）。

核心架構

class LRTimer {
public:
    LRTimer(DWORD intervalMs = 1000);
    ~LRTimer();

    void start();                    // 用構造/設置的間隔啟動
    void start(DWORD intervalMs);    // 新間隔啟動
    void stop();                     // 停止
    void setInterval(DWORD ms);      // 設置間隔
    DWORD getInterval() const;
    void setCallback(void(*cb)(void*), void* param);  // 設置回調
    bool isRunning() const;

private:
    static DWORD WINAPI ThreadEntry(void* pThis);      // 線程入口
    DWORD ThreadProc();                                // 實例線程邏輯
    static void CALLBACK ApcEntry(void* pThis, DWORD, DWORD); // APC 入口
    void ApcProc();                                    // 實例 APC 邏輯

    DWORD interval_;               // 間隔(ms)
    void(*callback_)(void*);       // 回調函數
    void* cbParam_;                // 回調參數
    bool running_;                 // 運行標誌
    HANDLE thread_;                // 線程句柄
    DWORD threadId_;               // 線程ID
};

Windows 可等待定時器機制

1. 創建：CreateWaitableTimer 創建內核定時器對象。
2. 設置：SetWaitableTimer 指定首次觸發時間（相對 100ns 為單位）、週期間隔、APC 回調函數、參數。
3. 等待：線程調用 SleepEx(1, TRUE) 進入可提醒等待狀態，APC 排隊執行。
4. APC 執行：定時器觸發 → 內核排隊 APC → 線程下次可提醒等待返回 → 執行 ApcProc → 調用用戶回調。
5. 清理：CancelWaitableTimer、CloseHandle。

關鍵實現細節

線程入口適配器

static DWORD WINAPI ThreadEntry(void* pThis) {
    return static_cast(pThis)->ThreadProc();
}

線程主循環

DWORD LRTimer::ThreadProc() {
    HANDLE timer = CreateWaitableTimer(nullptr, FALSE, name);
    LARGE_INTEGER due; due.QuadPart = -interval_ * 10000;  // 100ns 為單位，負數=相對時間
    SetWaitableTimer(timer, &due, interval_, ApcEntry, this, FALSE);

    while (running_)
        SleepEx(1, TRUE);  // 1ms 精度，TRUE=可提醒

    CancelWaitableTimer(timer);
    CloseHandle(timer);
    return 0;
}

APC 回調適配器

static void CALLBACK ApcEntry(void* pThis, DWORD, DWORD) {
    static_cast(pThis)->ApcProc();
}

void LRTimer::ApcProc() {
    if (callback_) callback_(cbParam_);
}

CRT 線程兼容啟動

#ifndef _INC_CRTDEFS
    thread_ = CreateThread(nullptr, 0, ThreadEntry, this, 0, &threadId_);
#else
    thread_ = (HANDLE)_beginthreadex(nullptr, 0,
        reinterpret_cast(ThreadEntry),
        this, 0, reinterpret_cast(&threadId_));
#endif

使用示例

void myCallback(void* data) {
    static int cnt = 0;
    const char* sp = "|/-\\";
    printf("\r%c", sp[cnt++ % 4]);  // 旋轉光標動畫
}

int main() {
    LRTimer timer;
    timer.setCallback(myCallback, nullptr);
    timer.setInterval(50);      // 50ms = 20Hz
    timer.start();

    getchar();  // 運行一段時間
    timer.stop();

    getchar();  // 驗證已停
    timer.start(200);  // 修改間隔重啟
    getchar();
    timer.stop();
    return 0;
}

優缺點與適用場景

現代替代方案

• C++20 std::jthread + std::chrono：跨平台，協程友好。
• Boost.Asio steady_timer：Proactor 模式，高性能網絡/定時統一。
• Windows 線程池定時器：CreateThreadpoolTimer，系統管理線程，更省資源。
• 多媒體定時器：timeSetEvent，1ms 精度，回調在系統線程，已棄用建議遷移。

遷移建議

1. 新項目優先用 C++20/Boost.Asio 實現跨平台定時器抽象層。
2. 現有 Windows 專用代碼可保留 LRTimer，封裝接口便於未來替換後端。
3. 回調中耗時操作必須派發到工作線程池，定時器線程僅負責調度。