MFC用户界面多线程编程实践：一个简单示例
本文还有配套的精品资源，点击获取 
简介：MFC是微软开发的C++库，用于构建Windows应用程序，提供了丰富的用户界面控件和类库。本示例详细介绍了如何使用MFC实现多线程，以提高程序效率和响应性。通过创建线程类、初始化线程、实现线程间通信与同步，以及安全退出线程，示例代码演示了在MFC应用程序中应用多线程技术的基本流程。
1. MFC基础知识
在深入探讨如何构建MFC用户界面以及如何在MFC中实现多线程操作之前，了解MFC（Microsoft Foundation Classes）的基础知识是至关重要的。MFC是一个C++库，它封装了Windows API，为开发者提供了面向对象的方式来开发Windows应用程序。本章将首先介绍MFC的历史背景，然后概述MFC的体系结构和关键组成部分，包括其类库和应用程序框架。此外，本章还会解释MFC应用程序的启动过程，以及如何设置MFC项目环境，为后续章节中更加复杂的应用铺垫基础。
2. MFC用户界面构建
用户界面（User Interface，简称UI）是应用程序提供给用户进行交互的界面。在MFC（Microsoft Foundation Classes）中，构建一个用户界面不仅仅是编写代码，更是一个把程序逻辑、控件和用户交互相结合的过程。接下来的内容将展开介绍用户界面的基本组成、对话框和控件的使用，以及深入应用这些基础知识。
2.1 用户界面的基本组成
2.1.1 窗口类的创建和注册
在MFC中，几乎所有的用户界面元素，包括应用程序的主窗口，都是基于C++类来实现的。为了创建一个窗口，首先需要继承一个已经存在的窗口类，并且重写该类的某些特定函数。
class CMyFrame : public CFrameWnd{public: CMyFrame(); // ... 其他成员函数 ...};CMyFrame::CMyFrame(){ Create(NULL, _T(\"我的窗口\")); // ... 窗口初始化代码 ...}// 窗口类的注册（通常在WinMain函数中）CMyFrame myFrame;myFrame.ShowWindow(SW_SHOW);myFrame.UpdateWindow(); 上述代码中， CMyFrame 继承自 CFrameWnd 类，表示这将是一个带有边框的窗口。通过 Create 函数创建窗口，其中第一个参数为父窗口，第二个参数是窗口标题。在注册窗口类后，可以调用 ShowWindow 和 UpdateWindow 函数显示窗口并更新它的显示状态。
2.1.2 控件的使用和消息响应机制
控件是用户界面中用于输入或显示信息的元素，如按钮、编辑框等。MFC提供了丰富控件支持，并利用消息映射机制处理用户与控件的交互。
// 添加一个按钮CButton m_btnMyButton;m_btnMyButton.SubclassDlgItem(IDC_MY_BUTTON, this);m_btnMyButton.SetWindowText(_T(\"点击我\"));// 消息映射函数BEGIN_MESSAGE_MAP(CMyFrame, CFrameWnd) ON_BN_CLICKED(IDC_MY_BUTTON, &CMyFrame::OnBnClickedMyButton)END_MESSAGE_MAP()// 处理按钮点击事件void CMyFrame::OnBnClickedMyButton(){ AfxMessageBox(_T(\"按钮被点击了！\"));} 上述代码展示了如何为一个按钮添加消息响应。 SubclassDlgItem 函数将控件与窗口关联，并在内部实现消息映射。 BEGIN_MESSAGE_MAP 和 END_MESSAGE_MAP 宏定义了消息映射的开始和结束， ON_BN_CLICKED 宏将按钮点击事件映射到 OnBnClickedMyButton 消息处理函数。
接下来，将会深入探讨对话框和控件的分类、特点以及如何进行定制，让MFC应用程序的用户界面更加生动和实用。
3. 多线程概念和重要性
在现代软件开发中，多线程已经成为提升性能和响应速度的关键技术之一。它允许程序的执行流分布在多个线程上，使得任务可以并行处理，从而提高资源利用率和工作效率。本章节将深入探讨多线程的概念、重要性以及在软件开发中面临的挑战。
3.1 多线程的基本原理
3.1.1 线程与进程的区别
在操作系统中，进程是资源分配和调度的基本单位，而线程是CPU调度和分派的基本单位。每个进程至少包含一个线程，即主线程，但一个进程可以创建多个线程。这些线程共享进程的资源和内存空间，同时又可以拥有自己的执行栈和程序计数器。
- 进程：拥有独立的地址空间，资源分配给进程，同一进程的线程共享这些资源。
- 线程：共享同一进程的资源，包括内存、打开的文件等。
线程之间切换的代价远小于进程间切换的代价，因此在需要频繁切换的应用场景下使用多线程会有更高的效率。
3.1.2 多线程的优势和应用领域
多线程的主要优势在于：
- 提高资源利用率 ：允许多个线程同时执行，特别是在多核处理器的环境下，可以真正实现并行处理。
- 改善响应时间 ：用户界面线程可以保持响应，即使后台任务正在执行耗时操作。
- 提高吞吐量 ：在需要处理多个独立任务时，多线程可以让任务同时执行，从而提高程序整体的吞吐量。
多线程的应用领域包括但不限于：
- 服务器应用程序 ：如Web服务器、数据库服务器等，可以处理多个并发请求。
- 图形用户界面(GUI)应用 ：将耗时的任务放在后台线程执行，保持用户界面的流畅和响应。
- 多媒体处理 ：视频、音频处理中的解码、编码等操作可以并行化，加快处理速度。
3.2 多线程编程的挑战
3.2.1 线程安全问题
由于多线程共享相同的内存空间，一个线程对共享资源的修改可能会影响到其他线程。因此，线程安全成为多线程编程中最主要的挑战之一。
- 竞态条件 ：两个或多个线程同时访问和修改共享资源时，最终的结果取决于各个线程交替执行的具体时序。
- 死锁 ：多个线程因争夺资源而无限等待，造成程序停滞不前。
解决线程安全问题通常需要使用同步机制，如互斥锁、信号量、事件等，确保在任一时刻只有一个线程能对共享资源进行访问。
3.2.2 资源竞争和死锁
资源竞争是线程安全问题的一个直接体现。当多个线程试图同时访问和修改同一资源时，就可能发生数据不一致或其他意外行为。
- 死锁的产生 ：当两个或多个线程互相等待对方释放资源，导致所有线程都无法继续执行。
为了避免死锁，开发者需要仔细设计资源的请求顺序，使用锁的超时机制，或者采用无锁编程技术等策略。
表格：线程安全和同步机制的选择
在实际应用中，选择合适的同步机制是保证线程安全和程序稳定性的关键。开发者需要根据具体的应用场景和需求来决定使用哪种同步方式。
// 示例代码：互斥锁的使用#include #include std::mutex mtx;void print(int val) { mtx.lock(); for (int i = 0; i < val; ++i) { std::cout << i << std::endl; } mtx.unlock();}int main() { std::thread t1(print, 10); std::thread t2(print, 10); t1.join(); t2.join(); return 0;} 在上述示例中，互斥锁 mtx 保证了 print 函数在多线程环境下对标准输出的正确访问。每次只有一个线程可以执行 print 函数体内的代码，从而避免了输出的混乱。代码块后面的逻辑分析说明了互斥锁的使用方法和其重要性。
Mermaid流程图：多线程执行流程
graph TD A[开始] --> B[创建线程] B --> C{线程函数} C -->|线程1| D[执行任务] C -->|线程2| E[执行任务] D --> F[完成] E --> F F --> G[等待线程结束] G --> H[结束]通过该流程图，我们可以形象地理解多线程程序的执行过程。每个线程独立执行自己的任务，完成后等待线程结束。这种并行执行是多线程提高效率的关键所在。
结语
本章我们介绍了多线程的基本原理，包括线程与进程的区别、多线程的优势，以及多线程编程中所面临的挑战，如线程安全问题和资源竞争。在下一章中，我们将深入探讨在MFC框架中如何实现多线程编程，以及如何通过同步机制有效地管理线程间的通信和协调。
4. MFC中多线程的实现方法
4.1 线程类创建与DoRun()方法重写
4.1.1 CWinThread类概述
CWinThread 是 MFC 中用于表示线程的类，它封装了线程操作的大部分细节。在 MFC 中，任何派生自 CWinThread 的线程类都拥有创建、执行、挂起和终止线程的能力。当线程运行时，它的消息循环通过调用 InitInstance 和 ExitInstance 方法来处理初始化和清理任务。
4.1.2 实现自定义线程类的步骤
自定义线程类需要遵循以下步骤：
- 派生一个新类
CMyThread从CWinThread。 - 在新类中重写
InitInstance方法以初始化线程操作，以及ExitInstance方法用于线程退出时的清理工作。 - 重写
CWinThread::InitInstance方法，添加线程执行的主要代码。 - 实现
DoRun方法，它将被InitInstance和ExitInstance调用。 - 使用
AfxBeginThread函数来创建并启动线程实例。
下面展示一个简单的示例代码：
class CMyThread : public CWinThread{public: virtual BOOL InitInstance(); virtual int ExitInstance();protected: virtual BOOL InitThreading(); virtual void Run(); virtual void DoRun();};BOOL CMyThread::InitInstance(){ // 初始化代码 return TRUE;}int CMyThread::ExitInstance(){ // 清理代码 return 0;}BOOL CMyThread::InitThreading(){ // 可以在这里设置线程属性 return CWinThread::InitThreading();}void CMyThread::Run(){ // 通常不需要重写Run方法，除非需要特殊的消息循环处理 CWinThread::Run();}void CMyThread::DoRun(){ // 线程的主循环代码 while (!m_bExitThread) { // 线程任务 }}4.1.3 实现细节的进一步讲解
在这个例子中， InitInstance 方法用于初始化线程，比如可以在这里分配资源，初始化成员变量。 ExitInstance 方法在退出线程前被调用，用于释放资源和执行清理工作。 DoRun 方法包含了线程运行的主体逻辑。 Run 方法在这里默认调用了 DoRun ，但是也可以重写 Run 以实现特殊的循环处理逻辑。
通过以上步骤，开发者可以创建自己的线程类，并根据具体需求实现多线程的功能。这些线程可以运行在后台，独立于主界面，也可以与主界面进行交互，但需要谨慎处理线程间的同步和通信问题。
4.2 AfxBeginThread()和AfxInitThread()的使用
4.2.1 线程启动函数的介绍
AfxBeginThread 是一个非常重要的函数，它负责创建一个 CWinThread 的派生类的实例，并开始执行该线程。 AfxBeginThread 可以接受不同类型的参数，允许用户传递线程函数所需的任何参数，从而让线程执行特定的任务。
函数的原型如下：
CWinThread* AfxBeginThread(CRuntimeClass* pThreadClass, int nPriority = THREAD_PRIORITY_NORMAL, UINT nFlags = 0, DWORD dwCreateFlags = 0, LPVOID pParam = NULL);-
pThreadClass是CRuntimeClass类型的指针，它指向派生自CWinThread的线程类的运行时信息。 -
nPriority指定线程的优先级。 -
nFlags可以包含CREATE_SUSPENDED标志，该标志将导致线程在创建后即处于挂起状态。 -
dwCreateFlags可以是0或者STACK_SIZE_PARAM_IS_A_RESERVATION，用于指定线程堆栈大小。 -
pParam是传递给线程的参数。
4.2.2 线程参数传递和返回值处理
当创建一个线程时，通常需要向线程函数传递参数。 AfxBeginThread 允许通过 pParam 参数传递一个指向数据的指针。在 CWinThread 的派生类中， InitInstance 方法通常用作接收这个参数的地方。
例如，如果你想向线程传递一个整数，可以这样做：
CMyThread* pThread = (CMyThread*)AfxBeginThread(RUNTIME_CLASS(CMyThread), THREAD_PRIORITY_NORMAL, 0, 0, (LPVOID)123); 线程结束后，你可以通过 CWinThread 的 m_nReturnCode 成员变量获取线程的返回值。通常，在线程的 ExitInstance 方法中设置返回值：
int CMyThread::ExitInstance(){ // 线程清理代码 m_nReturnCode = 0; // 设置返回值 return CWinThread::ExitInstance();} 然后在需要获取线程返回值的地方，通过调用 GetReturnCode 方法来检索这个值：
int nRetCode = pThread->GetReturnCode();4.3 同步对象的使用（信号量、临界区、互斥量）
4.3.1 同步对象的作用与分类
在多线程编程中，同步机制是用来解决线程间的竞态条件和确保线程间通信的有序性。MFC 提供了多种同步对象来帮助程序员管理线程间的共享资源，这些同步对象包括：
- 信号量（CSemaphore） ：用于控制访问资源的线程数量。
- 临界区（CCriticalSection） ：用于保护共享资源，确保在同一时间只有一个线程可以访问。
- 互斥量（CMutex） ：类似于临界区，但可以在不同的进程中使用。
同步对象的使用保证了多线程程序的稳定性和正确性，避免了数据不一致和竞争条件的出现。
4.3.2 实际应用中的同步机制选择
选择合适的同步机制是根据具体的应用场景和需求来决定的。下面是一些判断依据：
- 信号量 ：当需要限制对共享资源访问的线程数量时使用信号量，例如，数据库连接池中的连接数限制。
- 临界区 ：当所有线程都运行在同一个进程中，并且访问共享资源的时间较短时，使用临界区是一个轻量级的解决方案。
- 互斥量 ：如果共享资源需要在不同的进程之间同步，或者需要跨进程的互斥访问，则互斥量是合适的选择。
下面展示一个使用临界区保护共享资源的代码示例：
CCriticalSection cs;void AccessSharedResource(){ cs.Lock(); // 进入临界区，阻止其他线程进入 // 在此处访问共享资源 cs.Unlock(); // 离开临界区}在实际开发中，必须确保对同步对象正确地加锁和解锁，以避免死锁的发生。合理使用同步机制，是确保多线程程序正常运行的关键。
5. 线程间的通信和同步机制
5.1 线程间通信的原理与实践
在多线程程序中，线程间通信（Inter-Thread Communication, ITC）是确保线程协调工作的关键技术。线程间通信可以使用多种方法，包括全局变量、消息队列、WM_COPYDATA消息等。
5.1.1 全局变量与消息队列
全局变量是一种最简单的线程间通信方式，但需要在访问全局变量时进行适当的同步，以避免数据竞争和不一致性。
在MFC中，全局变量通常声明为静态或全局变量，并通过加锁机制（如临界区、互斥量或事件）来确保线程安全。例如：
// 假设有一个全局变量g_counterLONG g_counter;CRITICAL_SECTION g_cs;void IncrementCounter(){ EnterCriticalSection(&g_cs); // 进入临界区 g_counter++; // 安全地增加计数器 LeaveCriticalSection(&g_cs); // 离开临界区}消息队列则是在Windows中更为通用的线程间通信方式。每个线程可以有自己的消息队列，通过PostThreadMessage()函数发送消息到其他线程的消息队列，接收线程可以使用GetMessage()或PeekMessage()函数来检索消息。
5.1.2 使用WM_COPYDATA实现数据传递
WM_COPYDATA是Windows中用于线程间数据传递的另一种机制。它允许在不直接共享内存的情况下，安全地将数据从一个线程传递到另一个线程。
使用WM_COPYDATA消息传递数据时，需要创建一个COPYDATASTRUCT结构体，该结构体包含了要传递的数据指针以及数据大小。然后，将COPYDATASTRUCT结构体作为参数传递给PostThreadMessage()函数。
COPYDATASTRUCT cds;cds.cbData = sizeof(int); // 数据大小cds.lpData = &someData; // 指向要传递数据的指针PostThreadMessage(threadId, WM_COPYDATA, (WPARAM)hWnd, (LPARAM)&cds);在目标线程中，需要处理WM_COPYDATA消息：
LRESULT CALLBACK WindowProc(HWND hWnd, UINT uMsg, WPARAM wParam, LPARAM lParam){ if (uMsg == WM_COPYDATA) { PCOPYDATASTRUCT pcds = (PCOPYDATASTRUCT)lParam; int receivedData = *(int*)pcds->lpData; // 使用接收到的数据... } return DefWindowProc(hWnd, uMsg, wParam, lParam);}5.2 PostThreadMessage()和事件对象同步的使用
5.2.1 PostThreadMessage()函数详解
PostThreadMessage()函数用于向指定线程的消息队列发送消息。与PostMessage()函数类似，但后者是向指定窗口的消息队列发送消息，而PostThreadMessage()则是向线程发送消息。
BOOL PostThreadMessage( DWORD idThread, // 线程ID UINT Msg, // 消息标识符 WPARAM wParam, // 消息的第一个附加参数 LPARAM lParam // 消息的第二个附加参数);PostThreadMessage()函数适用于没有窗口的线程，或者需要跨窗口或线程发送消息的场景。当线程的消息队列接收到消息后，它需要通过消息循环来处理这些消息。
5.2.2 事件对象的创建和触发
事件对象是一种同步对象，用于线程间协调或线程内同步。事件对象可以是手动重置或自动重置的，它允许一个线程通知另一个线程某个事件的发生。
在MFC中创建事件对象：
HANDLE hEvent = CreateEvent( NULL, // 默认安全属性 TRUE, // 手动重置事件 FALSE, // 初始状态为非信号状态 NULL // 默认对象名);等待事件对象：
WaitForSingleObject(hEvent, INFINITE); // 等待事件对象变为信号状态触发（设置）事件对象，使得其他等待该事件的线程可以继续执行：
SetEvent(hEvent); // 设置事件为信号状态事件对象是实现线程间同步的一种有效机制，尤其是在复杂或高度并发的多线程环境中。
通过本章节的介绍，我们深入探讨了在MFC编程中线程间通信和同步机制的实现方法。包括全局变量和消息队列的使用，以及WM_COPYDATA消息和PostThreadMessage()函数的应用。同时，我们还学习了如何使用事件对象来同步线程操作。这些知识将有助于开发者在实际项目中构建更加健壮和高效的多线程应用程序。
6. AfxEndThread()的调用和线程安全退出
在多线程程序中，正确地终止线程是非常重要的。不当的线程退出方式可能会导致资源未释放、数据不一致等问题。MFC框架中提供了一个函数AfxEndThread()来安全地结束线程。本章将深入探讨线程退出的条件、方法以及AfxEndThread()的使用时机和效果，并通过示例代码分析和探讨多线程在MFC中的应用场景。
6.1 线程退出的条件与方法
6.1.1 正确终止线程的重要性
在多线程程序中，线程的生命周期与它的作用紧密相关。一个线程可能会持续运行，直到它完成了它所负责的工作。然而，线程可能需要在某些条件下提前退出，例如应用程序关闭、线程执行的任务已经完成或者需要立即终止线程以处理错误情况。
正确地终止线程的重要性在于避免产生资源泄露，确保所有资源被恰当释放，以及防止数据不一致或竞态条件的发生。错误的退出方式可能导致无法预料的程序行为，甚至造成程序崩溃。
6.1.2 AfxEndThread()的使用时机与效果
AfxEndThread()函数是在MFC应用程序中用于安全终止线程的函数。它允许你在适当的时候结束线程，并在退出前执行一些清理操作。例如，当你的线程负责动态分配的内存、打开的文件句柄或其他资源时，使用AfxEndThread()可以确保这些资源在退出线程前被正确地清理。
调用AfxEndThread()时，你可以指定一个退出代码，这个代码可以提供给其他线程或主线程，用来判断线程退出的原因。这在多线程应用程序中是非常有用的，因为它可以帮助主程序或其他线程对线程的退出做出响应或处理。
6.2 示例代码分析及多线程在MFC中的应用场景
6.2.1 具体案例的详细分析
让我们通过一个简单的示例来分析如何在MFC中正确地终止线程。下面的代码演示了一个简单的线程执行函数和如何安全退出该线程。
UINT MyThreadFunction(LPVOID lpParam){ // 线程执行的工作 while (true) { // 执行某些任务... // 检查是否需要退出线程 if (/* 某个条件满足 */) { AfxEndThread(0); // 安全退出线程，参数为退出代码 } } return 0; // 这行代码实际上永远不会执行}// 在应用程序的某个部分启动线程DWORD threadId;HANDLE hThread = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, MyThreadFunction, NULL, 0, &threadId);// ... 线程运行期间，可能需要安全地终止它// ...if (/* 决定终止线程的条件满足 */){ ::PostThreadMessage(threadId, WM_QUIT, 0, 0); // 发送退出消息给线程}// ...// 等待线程结束WaitForSingleObject(hThread, INFINITE);CloseHandle(hThread); 在上面的代码中， MyThreadFunction 是线程的执行函数。在该函数内部，线程会持续执行某些任务，直到满足退出条件。当需要退出线程时，通过调用 AfxEndThread(0) 来安全地终止线程，其中 0 是退出代码。 _beginthreadex 用于启动线程，并返回一个句柄，该句柄在等待线程结束时使用。
6.2.2 多线程在MFC用户界面中的实际应用
在MFC应用程序中，多线程不仅可以用于执行耗时的任务，避免阻塞UI线程，还可以提高应用程序的响应性和性能。例如，在一个需要频繁与服务器通信的应用程序中，可以创建一个单独的线程来处理与服务器的通信，而UI线程仍然可以无阻塞地响应用户操作。
在实际应用中，开发者需要注意的是，所有的UI操作都必须在UI线程中执行。因此，如果你需要从工作线程更新UI元素，可以使用 PostThreadMessage 来向UI线程发送消息，让UI线程来处理这些操作。而 AfxEndThread 通常用在后台工作线程中，当工作完成或出错时，让工作线程安全退出。
在用户界面中应用多线程时，需要确保线程间通信和同步机制的正确使用，这可以避免竞态条件和数据不一致的问题。例如，使用事件对象同步可以控制多个线程执行的顺序，使用信号量、临界区和互斥量等同步对象可以确保线程安全地访问共享资源。
在总结本章节的内容时，我们重点讨论了使用 AfxEndThread() 安全终止线程的重要性及其使用方法，并通过示例代码展示了如何在MFC中实现这一过程。此外，我们还探讨了多线程在MFC用户界面中的实际应用场景，强调了在并发环境下处理UI更新和资源访问同步的重要性。在下一章节，我们将继续探讨多线程在MFC应用程序中更多的高级应用和优化策略。
本文还有配套的精品资源，点击获取
简介：MFC是微软开发的C++库，用于构建Windows应用程序，提供了丰富的用户界面控件和类库。本示例详细介绍了如何使用MFC实现多线程，以提高程序效率和响应性。通过创建线程类、初始化线程、实现线程间通信与同步，以及安全退出线程，示例代码演示了在MFC应用程序中应用多线程技术的基本流程。
本文还有配套的精品资源，点击获取
