预留内存携带附加信息的设计

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

2、 MFC中处处可见。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)

3、线程都维 持了一个消息队列。 GetMessage 、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

4、息。尽管秉持封装的原则，我们极力强调避免使用全局变量，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

5、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 : Ptr

6、32 Ptr32 Voidtypedef struct_TEB / 66 elements, 0xFB8 bytes (sizeof)/ /*0x02C*/VOID*ThreadLocalStoragePointer;/ /*0xE10*/VOID*TlsSlots 64;/*0xF10*/ struct _LIST_ENTRY TlsLinks ; / 2elements, 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

7、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

8、线程局部存储分配索引， 函数原型如下。 DWORDTlsAlloc （ VOID）;TlsAlloc 为我们预订了一个索引。 如果 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 （DWORDdwTlsIndex ,/ TLS indexLPVOIDlpTlsValue/ value to store);LPVOID TlsGe

9、tValue (DWORDdwTlsIndex/ TLS index);3）主线程调用 TlsFree 释放局部存储索引。函数的惟一参数是TlsAlloc 返回的索引BOOL TlsFree(DWORDdwTlsIndex/ 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

10、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。structCThreadDataCThreadData * 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

11、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_STAT、E 线程状态 _AFX_THREAD_STAT和E模块线程状态 AFX_MODULE_THREAD_STA。T这E 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_STA中TE的 CHand

12、leMap * 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 CWnd HWND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