_beginthread 和 CreateThread 区别

Posted 2020-09-02

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摘录时间    2017-03-03;
_beginthread 和 CreateThread 区别;
程序员对于Windows程序中应该用_beginthread还是CreateThread来创建线程，一直有所争论;
本文将从对CRT源代码出发探讨这个问题;

I. 起因;
今天一个朋友问我程序中究竟应该使用_beginthread还是CreateThread，并且告诉我如果使用不当可能会有内存泄漏;
其实我过去对这个问题也是一知半解，为了对朋友负责，专门翻阅了一下VC的运行库（CRT）源代码，终于找到了答案;

II. CRT;
CRT(C/C++ Runtime Library)是支持C/C++运行的一系列函数和代码的总称;
虽然没有一个很精确的定义，但是可以知道，你的main就是它负责调用的，你平时调用的诸如strlen、strtok、time、atoi之类的函数也是它提供的;
我们以Microsoft Visual.NET 2003中所附带的CRT为例;
假设你的.NET 2003安装在C:Program FilesMicrosoft Visual Studio.NET 2003中，那么CRT的源代码就在C : Program FilesMicrosoft Visual Studio.NET 2003Vc7crtsrc中;
既然有了这些实现的源代码，我们就可以找到一切解释了;

III. _beginthread / _endthread;
这个函数究竟做了什么呢？它的代码在thread.c中;
阅读代码，可以看到它最终也是通过CreateThread来创建线程的，主要区别在于，它先分配了一个_tiddata，并且调用了_initptd来初始化这个分配了的指针;
而这个指针最后会被传递到CRT的线程包装函数_threadstart中，在那里会把这个指针作为一个TLS（Thread Local Storage）保存起来，然后_threadstart会调用我们传入的线程函数，并且在那个函数退出后调用_endthread;
这里也可以看到，_threadstart用一个__try / __except块把我们的函数包了起来，并且在发生异常的时候，调用exit退出。（_threadstart和endthread的代码都在thread.c中）
这个_tiddata是一个什么样的结构呢?
它在mtdll.h中定义，它的成员被很多CRT函数所用到，譬如int _terrno，这是这个线程中的错误标志；char* _token，strtok以来这个变量记录跨函数调用的信息...
那么_endthread又做了些什么呢?
除了调用浮点的清除代码以外，它还调用了_freeptd来释放和这个线程相关的tiddata。也就是说，在 _beginthread里面分配的这块内存，以及在线程运行过程中其它CRT函数中分配并且记录在这个内存结构中的内存，在这里被释放了。

通过上面的代码，我们可以看到，如果我使用_beginthread函数创建了线程，它会为我创建好CRT函数需要的一切，并且最后无需我操心，就可以把清除工作做得很好;
可能唯一需要注意的就是，如果需要提前终止线程，最好是调用_endthread或者是返回，而不要调用ExitThread，因为这可能造成内存释放不完全;
同时我们也可以看出，如果我们用CreateThread函数创建了线程，并且不对C运行库进行调用（包括任何间接调用），就不必担心什么问题了;

IV. CreateThread和CRT
或许有人会说，我用CreateThread创建线程以后，我也调用了C运行库函数，并且也使用ExitThread退出了，可是我的程序运行得好好的，既没有因为CRT没有初始化而崩溃，也没有因为忘记调用 _endthread而发生内存泄漏.
这是为什么呢，让我们继续我们的CRT之旅。
假设我用CreateThread创建了一个线程，我调用 strtok函数来进行字符串处理，这个函数肯定是需要某些额外的运行时支持的。strtok的源代码在strtok.c中。
从代码可见，在多线程情况下，strtok的第一句有效代码就是_ptiddata ptd = _getptd()，它通过这个来获得当前的ptd.
可是我们并没有通过_beginthread来创建ptd，那么一定是_getptd捣鬼了。打开 tidtable.c，可以看到_getptd的实现，果然，它先尝试获得当前的ptd，如果不能，就重新创建一个。因此，后续的CRT调用就安全了。
可是这块ptd最终又是谁释放的呢？打开dllcrt0.c，可以看到一个DllMain函数。在VC中，CRT既可以作为一个动态链接库和主程序链接，也可以作为一个静态库和主程序链接，这个在Project Setting->Code Generations里面可以选。
当CRT作为DLL链接到主程序时，DllMain就是CRT DLL的入口。Windows的DllMain可以由四种原因调用：Process Attach / Process Detach / Thread Attach / Thread Detach;
最后一个，也就是当线程函数退出后但是线程还没有销毁前，会在这个线程的上下文中用Thread Detach调用DllMain，这里，CRT做了一个_freeptd(NULL)，也就是说，如果有ptd，就free掉;
所以说，恰巧没有发生内存泄漏是因为你用的是动态链接的CRT。
于是我们得出了一个更精确的结论，如果我没有使用那些会使用_getptd的CRT函数，使用CreateThread就是安全的。

V. 使用ptd的函数;
那么，究竟那些函数使用了_getptd呢？很多！在CRT目录下搜索_getptd，你会发觉很多意想不到的函数都用到了它，除了strtok、rand这类需要保持状态的，还有所有的字符串相关函数，因为它们要用到ptd中的locale信息;
所有的mbcs函数，因为它们要用到ptd中的mbcs信息...;

VI. 测试代码;
最下面是一段测试代码（leaker中用到了atoi，它需要ptd）;
如果你用VC的多线程+静态链接CRT选项去编译这个程序，并且尝试打开1、2、3之中的一行，你会发觉只有2打开的情况下，程序才会发生内存泄漏（可以在Task Manager里面明显的观察到）;
3之所以不会出现内存泄漏是因为主动调用了_endthread;

VII. 总结;
如果你使用了DLL方式链接的CRT库，或者你只是一次性创建少量的线程，那么你或许可以采取鸵鸟策略，忽视这个问题;
上面一节代码中第3种方法基于对CRT库的了解，但是并不保证这是一个好的方法，因为每一个版本的VC的CRT可能都会有些改变;
看来，除非你的头脑清晰到可以记住这一切，或者你可以不厌其烦的每调用一个C函数都查一下CRT代码，否则总是使用 _beginthread（或者它的兄弟_beginthreadex）是一个不错的选择;

VIII. 后记;
网友condor指出本文的一个错误：在dllcrt0.c 中，DllMain的Thread Detach所释放的ptd，其实是dllcrt0.c的DllMain中的Thread Attach所创建的;
也就是说，当你用CRT DLL的时候，DllMain对线程做了一切初始化 / 清除工作。我查看源代码，thread.c中的_threadstart函数，在设置TLS之前做了检查，这其实就是为了避免重复设置导致的内存泄漏;

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// MyThread： my_thread.h
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#include <process.h>
#include <iostream>
#include <CRTDBG.H>
#include <wtypes.h>

#ifdef MYTHREAD_EXPORTS
#define MYTHREAD_API  _declspec(dllexport)
#else
#define MYTHREAD_API  _declspec(dllimport)
#endif

extern volatile bool threadStarted = false;

MYTHREAD_API void my_printf();

MYTHREAD_API DWORD __stdcall CreateThreadFunc(LPVOID);

MYTHREAD_API DWORD __stdcall CreateThreadFuncWithEndThread(LPVOID);

MYTHREAD_API void __cdecl beginThreadFunc(LPVOID);

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// MyThread： my_thread.cpp
/*-------------------------------------------------------------------------------------------------

#include "my_thread.h"

void my_printf()
{
    std::cout << atoi("0") << std::endl;
}

DWORD __stdcall CreateThreadFunc(LPVOID)
{
    my_printf();
    threadStarted = false;
    return 0;
}

DWORD __stdcall CreateThreadFuncWithEndThread(LPVOID)
{
    my_printf();
    threadStarted = false;
    _endthread();
    return 0;
}

void __cdecl beginThreadFunc(LPVOID)
{
    my_printf();
    threadStarted = false;
}

-------------------------------------------------------------------------------------------------*/


// Thread_Test: thread_test.cpp
/*-------------------------------------------------------------------------------------------------

#include "my_thread.h"

#define BEGINTHREAD_TEST
#define CREATETHREAD_TEST
#define CREATETHREAD_WITHENDTHREAD_TEST

int main()
{
    while (1)
    {
        while (threadStarted)
        {
            Sleep(5);
        }
        threadStarted = true;

#ifdef BEGINTHREAD_TEST
        _beginthread( beginThreadFunc, 0, 0 );//1
#endif

#ifdef CREATETHREAD_TEST
        CreateThread(NULL, 0, CreateThreadFunc, 0, 0, 0);//2
#endif

#ifdef CREATETHREAD_WITHENDTHREAD_TEST
        CreateThread( NULL, 0, CreateThreadFuncWithEndThread, 0, 0, 0 );//3
#endif

        break;
    }
    getchar();
    return 0;
}

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