预留内存携带附加信息的设计.DOC

1、预留内存携带附加信息的设计有时候，将数据与一个对象的实例关联起来是很有帮助的。这种设计要求预留一定的内存，一倍特定附加数据的存储。通过调用 SetWindowWord 或 SetWindowLong 函数将数据与一个指定的窗口关联起来，数据保存在窗口附加内存块中。窗口内存块即是一种窗口对象（HWND）的附加数据（window extra bytes），参考WNDCLASS.cbWndExtra 字段（Specifies the number of extra bytes to allocate following the window instance.）。这种预留附加的设计，在 MFC 中处

2、处可见。对于下拉选择列表（CComboBox）、下拉列表框、列表视图和树控件，我们不光希望其能显示条目内容（item text），还希望每个条目能够携带附加信息，即存储额外的关联数据（item data），以备不时之需。这四个控件都提供了SetItemData/GetItemData 接口，供用户储存关联数据。存储的数据为DWORD 值类型，可以是简单的数值，也可以存储指针。线程消息队列和_ptiddata我们在编写第一个 SDK 窗口程序时，就接触到了消息这一重要概念。实际上，消息队列是一种线程私有数据，每一个 Windows 程序的 UI（CUI/GUI）线程都维持了一个消息队列。GetM

3、essage、TranslateMessage、DispatchMessage 等对消息的操作都是与调用线程的消息队列息息相关。PostThreadMessage 是线程消息投递函数，它向一个指定 ID（ idThread）的线程发送一条消息，然后不等处理立即返回。这个 API 在多线程架构程序中非常有用。 PostQuitMessage 是结束线程运行，相当于 nExitCode 作为 WM_QUIT 消息参数调用PostThreadMessage。调用线程收到该消息后即 ExitThread，故该函数一般用来响应 WM_DESTROY 消息。尽管秉持封装的原则，我们极力强调避免使用全局变量

4、，但全局变量对于进程级和线程级的系统统筹管理却是非常有用。除了消息队列这种系统内置的线程私有数据外，Windows 提供了线程局部存储系统（ TLS，Thread Local Storage），为用户提供了存储与线程关联数据的接口。前面提到的_beginthreadex 中分配的 _ptiddata（pointer to per-thread data），即使用了 TLS。_ptiddata 为 Windows 平台的多线程程序中，strtok、strerror（errno）等依赖全局变量或静态变量的 CRT 函数的实现提供了有效的解决方案。Win32 线程局部存储系统用于管理 TLS 的数据

5、结构是很简单的，Windows 仅为系统中的每一个进程维护一个位数组，再为该进程中的每一个线程申请一个同样长度的数组空间，如下图所示。在 Windbg 中，可以窥探 TEB 中的 TLS 数据结构。lkd dt _tebnt!_TEB+0x02c ThreadLocalStoragePointer : Ptr32 Void+0xe10 TlsSlots : 64 Ptr32 Void+0xf10 TlsLinks : _LIST_ENTRY+0xf94 TlsExpansionSlots : Ptr32 Ptr32 Voidtypedef struct _TEB / 66 elements,

6、0xFB8 bytes (sizeof)/ /*0x02C*/ VOID* ThreadLocalStoragePointer;/ /*0xE10*/ VOID* TlsSlots64;/*0xF10*/ struct _LIST_ENTRY TlsLinks; / 2 elements, 0x8 bytes (sizeof)/ /*0xF94*/ VOID* TlsExpansionSlots;/ TEB, *PTEB;当一个线程被创建时，Windows 就会在进程地址空间中为该线程分配一个长度为 TLS_MINIMUM_AVAILABLE 的数组，数组成员的值都被初始化为 0。在内部，系统

7、将此数组与该线程关联起来，保证只能在该线程中访问此数组中的数据。如上图所示，每个线程都有它自己的数组，数组成员可以存储任何数据。运行在系统中的每一个进程都有上图所示的一个位数组。位数组的成员是一个标志，每个标志的值被设为 FREE 或 INUSE，指示了此标志对应的数组索引是否在使用中。Windows 保证至少有 TLS_MINIMUM_AVAILABLE（定义在 WinNT.h 文件中）个标志位可用。动态使用 TLS 典型步骤如下。（1）主线程调用 TlsAlloc 函数为线程局部存储分配索引，函数原型如下。DWORD TlsAlloc(VOID);TlsAlloc 为我们预订了一个索引。如

8、果 TlsAlloc 返回的索引为 3，那等于说索引 3 已经被我们预订了，无论是进程中当前正在运行的线程，还是今后可能会创建的线程，都不能再使用索引 3。（2）每个线程调用 TlsSetValue 和 TlsGetValue 设置或读取线程数组中的值，这两个函数的原型如下。BOOL TlsSetValue(DWORD dwTlsIndex, / TLS indexLPVOID lpTlsValue / value to store);LPVOID TlsGetValue(DWORD dwTlsIndex / TLS index);（3）主线程调用 TlsFree 释放局部存储索引。函数的惟一

9、参数是TlsAlloc 返回的索引。BOOL TlsFree(DWORD dwTlsIndex / TLS index);MFC 中的线程局部存储如果你需要大量的数据贯穿一个线程，普通的 TLS 索引一个值就会变得不实用，Windows 的 TLS 只允许用户保存一个 32 位的指针。如果需要用户保存任意类型的数据（包含整个类）。这个任意大小的数据所占的内存通常是在进程的堆中分配，所以当用户释放全局索引时，系统必须将每个线程内此数据占用的内存释放掉，这就要求系统把为各线程分配的内存都记录下来。较好的方法是将各个私有数据的首地址用一个链表连在一起，释放全局索引时只要遍历此链表，就可以逐个释放线程

10、私有数据占用的空间了。例如，有下面一个存放线程私有数据的数据结构。struct CThreadDataCThreadData* pNext; / 指向下一个线程的 CThreadData 结构的指针LPVOID pData; / 指向真正的线程私有数据的指针;指针 pData 指向为线程分配的内存的首地址，指针 pNext 将各线程的数据连在了一起。这实际上是一种二级指针的分槽存储。MFC 的线程局部存储类CThreadLocal 即实现了二级指针的分槽存储。MFC 框架的状态信息也是理解的难点，包括模块状态AFX_MODULE_STATE、线程状态 _AFX_THREAD_STATE 和模块

11、线程状态AFX_MODULE_THREAD_STATE。这些线程级别的全局状态维持即使用了线程局部存储（TLS ）。参考李久进著作的MFC 深入浅出第九章MFC 的状态。由于 MFC 广泛地应用了线程局部存储，故在 MFC 下，使用线程必须格外小心。许多 MFC 对象仅在创建它们的线程内运作。一般地，具有句柄映射的任何对象都不能从其他线程访问该对象。例如，模块线程状态AFX_MODULE_THREAD_STATE 中的 CHandleMap* m_pmapHWND 映射记录了MFC 线程中创建的 CWnd 对象实例与内核窗口句柄（HWND）之间的映射消息。内核窗口句柄是可以进程访问级别，因此可

12、跨线程访问。但是试图传递 CWnd对象实例以期跨线程操作，往往失败。因为另一个引用线程并未像创建线程那样维系一个映射，所以当需要 CWndHWND 以执行 API 操作时，往往找不到其所指窗口。针对以上问题，通常优先传送句柄，避免在线程之间传送 MFC 对象。在引用线程中将其转换为临时 MFC 对象。例如，假设线程 A 创建一个 CWnd 对象。线程 A 并不将对象传送给线程 B，而将该对象的 m_hWnd 成员传送给线程 B。于是，线程 B 可以调用 CWnd:FromHandle，以创建一个临时的 CWnd 对象。如果线程 B 需要更持久的连接，就可以使用 Attach 方法，在窗口及其 CWnd对象之间建立持久的关联。另外的一个常见问题是 MFC 对象访存的线程安全性问题。MFC 对象不会自动在不同的线程之间做出判断。所以，如果两个线程试图同时访问同一个CString 类的对象，结果可能受到严重破坏。只有防止来自有冲突的 MFC 对象的线程。通常，这将需要使用前面提到的同步机制，以保证多线程数据交换的一致性。