【lesson53】线程控制

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  • 线程控制

线程控制

线程创建
代码:
在这里插入图片描述
运行代码:
在这里插入图片描述
强调一点,线程和进程不一样,进程有父进程的概念,但在线程组里面,所有的线程都是对等关系。
在这里插入图片描述
错误检查:

  • 传统的一些函数是,成功返回0,失败返回-1,并且对全局变量errno赋值以指示错误。
  • pthreads函数出错时不会设置全局变量errno(而大部分其他POSIX函数会这样做)。而是将错误代码通过返回值返回
  • pthreads同样也提供了线程内的errno变量,以支持其它使用errno的代码。对于pthreads函数的错误,建议通过返回值业判定,因为读取返回值要比读取线程内的errno变量的开销更小

进程ID和线程ID
在Linux中,目前的线程实现是Native POSIX Thread Libaray,简称NPTL。在这种实现下,线程又被称为轻量级进程(Light Weighted Process),每一个用户态的线程,在内核中都对应一个调度实体,也拥有自己的进程描述符(task_struct结构体)。
没有线程之前,一个进程对应内核里的一个进程描述符,对应一个进程ID。但是引入线程概念之后,情况发生了变化,一个用户进程下管辖N个用户态线程,每个线程作为一个独立的调度实体在内核态都有自己的进程描述符,进程和内核的描述符一下子就变成了1:N关系,POSIX标准又要求进程内的所有线程调用
getpid函数时返回相同的进程ID,如何解决上述问题呢?
Linux内核引入了线程组的概念。
在这里插入图片描述
多线程的进程,又被称为线程组,线程组内的每一个线程在内核之中都存在一个进程描述符(task_struct)与之对应。进程描述符结构体中的pid,表面上看对应的是进程ID,其实不然,它对应的是线程ID;进程描述
符中的tgid,含义是Thread Group ID,该值对应的是用户层面的进程ID
在这里插入图片描述

线程异常
我们之前学到线程一旦异常那么整个进程都会退出,那么真的是如此吗?
演示:
代码

#include <iostream>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>

void *threadRoutine(void *arg)
{
    const std::string name = (char *)arg;
    while (true)
    {
        std::cout << name << " pid:" << getpid() << "\n"
                  << std::endl;
        
        int a = 100;
        a /= 0;//除0错误
        sleep(1);
    }

    return nullptr;
}
int main()
{
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, nullptr, threadRoutine, (void *)"thread 1");

    while (true)
    {
        std::cout << "main thread pid:" << getpid() << std::endl;
        sleep(3);
    }
    return 0;
}

运行代码:
在这里插入图片描述
我们发现线程一旦异常确实会影响到整个进程。

结论:
1.线程谁先运行与调度器相关
2.随便哪个线程一旦异常,都可能导致整个进程整体退出
3.线程在创建并执行的时候,线程也需要进行等待的,如果主线程不等待,也会引起类似于僵尸进程问题,导致内存泄漏。

线程等待
已经退出的线程,其空间没有被释放,仍然在进程的地址空间内。
创建新的线程不会复用刚才退出线程的地址空间。
在这里插入图片描述
调用该函数的线程将挂起等待,直到id为thread的线程终止。thread线程以不同的方法终止,通过pthread_join得到的终止状态是不同的,总结如下:

  1. 如果thread线程通过return返回,value_ ptr所指向的单元里存放的是thread线程函数的返回值。
  2. 如果thread线程被别的线程调用pthread_ cancel异常终掉,value_ ptr所指向的单元里存放的是常数PTHREAD_CANCELED。
  3. 如果thread线程是自己调用pthread_exit终止的,value_ptr所指向的单元存放的是传给pthread_exit的参数。
  4. 如果对thread线程的终止状态不感兴趣,可以传NULL给value_ ptr参数。

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
参数解释:
thread:线程id
retval:输出型参数,下面再解释用处
pthread_join默认阻塞等待。
代码:

#include <iostream>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>

void *threadRoutine(void *arg)
{
    const std::string name = (char *)arg;
    int i = 0;
    while (true)
    {
        std::cout << name << "runing....." << std::endl;
        sleep(1);

        if(i++ == 10)
        {
            break;
        }
    }

    std::cout << "new thread quit....." << std::endl;
    return nullptr;
}
int main()
{
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, nullptr, threadRoutine, (void *)"thread 1");

    pthread_join(tid,nullptr);
    std::cout << "main thread wait done .... main quit!" << std::endl;

    return 0;
}

运行代码:
在这里插入图片描述
我们知道pthread_create里面有一个回调函数,而回调函数里面有一个返回值我们之前一直返回nullptr
在这里插入图片描述
这个返回值,一般是给主线程的,那么主线程该如何获取到?用pthread_join。
在这里插入图片描述
pthread_join的第二个参数,是输出型参数,用来获取放回值的。
代码:

#include <iostream>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>

void *threadRoutine(void *arg)
{
    const std::string name = (char *)arg;
    int i = 0;
    while (true)
    {
        std::cout << name << "runing....." << std::endl;
        sleep(1);

        if (i++ == 10)
        {
            break;
        }
    }

    std::cout << "new thread quit....." << std::endl;
    return (void *)10;
}
int main()
{
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, nullptr, threadRoutine, (void *)"thread 1");

    void *ret = nullptr;
    pthread_join(tid, &ret);
    std::cout << "ret: " << (long long)ret << std::endl;
    std::cout << "main thread wait done .... main quit!" << std::endl;

    return 0;
}

我们运行的时候会这样
我们只要在g++后面加-fpermissive即可

g++ -o mythread mythread.cc -std=c++11 -lpthread -fpermissive

在这里插入图片描述
再运行代码:
在这里插入图片描述
可以看到,我们成功获取到了返回值。
我们不仅仅只能返回变量,我们还能返回其它内容。
代码:

#include <iostream>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>

void *threadRoutine(void *arg)
{
    const std::string name = (char *)arg;
    int i = 0;
    int *data = new int[10];
    while (true)
    {
        std::cout << name << "runing....." << std::endl;
        sleep(1);

        data[i] = i;
        if (i++ == 10)
        {
            break;
        }
    }

    std::cout << "new thread quit....." << std::endl;
    return (void *)data;
}
int main()
{
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, nullptr, threadRoutine, (void *)"thread 1");

    void *ret = nullptr;
    pthread_join(tid, &ret);

    int *data = (int *)ret;

    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        std::cout << data[i] << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    std::cout << "main thread wait done .... main quit!" << std::endl;
    return 0;
}

运行结果:
在这里插入图片描述
线程终止
如果需要只终止某个线程而不终止整个进程,可以有三种方法:

  1. 从线程函数return。这种方法对主线程不适用,从main函数return相当于调用exit。
  2. 线程可以调用pthread_ exit终止自己。
  3. 一个线程可以调用pthread_ cancel终止同一进程中的另一个线程。
    能不能用exit终止线程呢?

代码:

#include <iostream>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>

void *threadRoutine(void *arg)
{
    const std::string name = (char *)arg;
    int i = 0;
    int *data = new int[10];
    while (true)
    {
        std::cout << name << "runing....." << std::endl;
        sleep(1);

        data[i] = i;
        if (i++ == 10)
        {
            break;
        }
    }

    std::cout << "new thread quit....." << std::endl;
    exit(10);
    return (void *)data;
}
int main()
{
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, nullptr, threadRoutine, (void *)"thread 1");

    void *ret = nullptr;
    pthread_join(tid, &ret);

    int *data = (int *)ret;

    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        std::cout << data[i] << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    std::cout << "main thread wait done .... main quit!" << std::endl;

    return 0;
}

运行结果:
在这里插入图片描述
我们发现整个进程都被终止了,因为exit是终止进程的,绝对不要用exit终止线程。
那么我们如何终止新线程而不影响main线程呢?
pthread_exit()OS提供的终止线程的函数
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
参数retval就是之前的返回值。
代码

#include <iostream>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>

void *threadRoutine(void *arg)
{
    const std::string name = (char *)arg;
    int i = 0;
    int *data = new int[10];
    while (true)
    {
        std::cout << name << "runing....." << std::endl;
        sleep(1);

        data[i] = i;
        if (i++ == 10)
        {
            break;
        }
    }

    std::cout << "new thread quit....." << std::endl;
    pthread_exit((void*)data);
}
int main()
{
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, nullptr, threadRoutine, (void *)"thread 1");

    void *ret = nullptr;
    pthread_join(tid, &ret);

    int *data = (int *)ret;

    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        std::cout << data[i] << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    std::cout << "main thread wait done .... main quit!" << std::endl;
    return 0;
}

运行结果:
在这里插入图片描述
我们看到线程终止成功。

线程取消
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
代码:

#include <iostream>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>

void *threadRoutine(void *arg)
{
    const std::string name = (char *)arg;
    while (true)
    {
        std::cout << name << "runing....." << std::endl;
        sleep(1);
    }

    std::cout << "new thread quit....." << std::endl;
}
int main()
{
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, nullptr, threadRoutine, (void *)"thread 1");

    int count = 3;
    while (true)
    {
        std::cout << "main thread pid:" << getpid() << std::endl;
        if(count++ > 5) break;
        sleep(2);
    }

    pthread_cancel(tid);
    std::cout << "pthread cancle tid: " << tid << std::endl; 

    void *ret = nullptr;
    pthread_join(tid, &ret);

    std::cout << "ret: " << (long long)ret << std::endl;
    std::cout << "main thread wait done .... main quit!" << std::endl;
    sleep(5);

    return 0;
}

运行结果:
在这里插入图片描述
我们看到最后main线程确实等待了5秒
在这里插入图片描述
然后退出了。
我们看到其中tid为啥这么大呢?之后再讲解。
而我们看到线程被取消,我们join的时候,退出码是-1.
而-1其实是:
在这里插入图片描述

线程ID的探索
我们之前看到线程ID是一个很大的值
格式化输出线程ID:
代码:

#include <iostream>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <cstdio>

void *threadRoutine(void *arg)
{
    const std::string name = (char *)arg;
    while (true)
    {
        std::cout << name << "runing....." << std::endl;
        sleep(1);
    }

    std::cout << "new thread quit....." << std::endl;
}
int main()
{
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, nullptr, threadRoutine, (void *)"thread 1");

    printf("%u,%p\n",tid,tid);
    int count = 3;
    while (true)
    {
        std::cout << "main thread pid:" << getpid() << std::endl;
        if(count++ > 5) break;
        sleep(2);
    }

    pthread_cancel(tid);
    std::cout << "pthread cancle tid: " << tid << std::endl; 

    void *ret = nullptr;
    pthread_join(tid, &ret);

    std::cout << "ret: " << (long long)ret << std::endl;
    std::cout << "main thread wait done .... main quit!" << std::endl;
    sleep(5);
    return 0;
}

运行结果:
在这里插入图片描述
我们看到线程ID值很大,tid的本质是一个地址
为什么tid不用Linux中的LWP呢?
因为目前用的不是Linux自带的创建线程的接口,我们用的是pthread库中的接口。
我们知道线程共享进程的地址空间
在这里插入图片描述
但是线程有自己独立的栈结构,那么如何保证栈区是每一个线程独占的呢?---->原本的栈给main线程使用,而其余线程把共享区当做栈区。所以每个线程的tid就是自己栈区的起始地址
在这里插入图片描述
见一见
在这里插入图片描述
pthread库时通过clone做到上面的那点。
在这里插入图片描述
那么我们如何获取线程的id呢?
在这里插入图片描述
代码:

#include <iostream>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <cstdio>

void *threadRoutine(void *arg)
{
    const std::string name = (char *)arg;
    while (true)
    {
        std::cout << name << "runing..... id: " << pthread_self() << std::endl;
        sleep(1);

    }

    std::cout << "new thread quit....." << std::endl;
}
int main()
{
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, nullptr, threadRoutine, (void *)"thread 1");

    int count = 3;
    while (true)
    {
        std::cout << "main thread id:" << pthread_self() << std::endl;
        if(count++ > 5) break;
        sleep(2);
    }

    void *ret = nullptr;
    pthread_join(tid, &ret);

    std::cout << "ret: " << (long long)ret << std::endl;
    std::cout << "main thread wait done .... main quit!" << std::endl;
    sleep(5);

    return 0;
}

运行代码:
在这里插入图片描述
我们看到我们获取到了不同的线程id

大部分线程的代码是共享的!
一个小实验:
代码:

#include <iostream>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <cstdio>

int g_val = 0;
void *threadRoutine(void *arg)
{
    const std::string name = (char *)arg;

    while(true)
    {
        std::cout << name << " g_val: " << g_val << " &g_val" << &g_val << std::endl;
        g_val++;
        sleep(1);
    }

}
int main()
{
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, nullptr, threadRoutine, (void *)"thread 1");

    while(true)
    {
        std::cout << "main thread g_val: " << g_val << " &g_val" << &g_val << std::endl;
        sleep(1);
    }

    return 0;
}

运行结果:
在这里插入图片描述
我们看到g_val被大家所共享,大家都可以看到g_val,一个线程对其进程改变,其它线程都看的到。
那么如果线程想要自己是私有的变量呢?该如何?
只要在变量前加__thread即可。
代码:

#include <iostream>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <cstdio>

__thread int g_val = 0;
void *threadRoutine(void *arg)
{

    while(true)
    {
        std::cout << (char*)arg << ": "<< g_val << " &: " << &g_val << std::endl;
        g_val++;
        sleep(1);
    }
}
int main()
{
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, nullptr, threadRoutine, (void *)"thread 1");

    while(true)
    {
        std::cout << "main thread: " << g_val << " &: " << &g_val << std::endl;
        sleep(1);
    }

    return 0;
}

运行代码:
在这里插入图片描述
这里运行的时候是并行执行的所以会看不清,但是我们也能看到,两个变量的地址不一样的。

__thread:修饰全局变量,带来的结果就是让每一个线程各自拥有一个全局变量---->线程的就不存储。

我们之前学过进程替换,如果线程进行进程替换会如何?
代码:

#include <iostream>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <cstdio>

__thread int g_val = 0;
void *threadRoutine(void *arg)
{
    execl("/bin/ls","ls",nullptr);
    while(true)
    {
        std::cout << (char*)arg << ": "<< g_val << " &: " << &g_val << std::endl;
        g_val++;
        sleep(1);
    }

}
int main()
{
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, nullptr, threadRoutine, (void *)"thread 1");

    while(true)
    {
        std::cout << "main thread: " << g_val << " &: " << &g_val << std::endl;
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

运行结果:
在这里插入图片描述
我们看到ls确实被执行了,但是整个进程的代码都被替换掉了。

分离线程
默认情况下,新创建的线程是joinable的,线程退出后,需要对其进行pthread_join操作,否则无法释放资源,从而造成系统泄漏
如果不关心线程的返回值,join是一种负担,这个时候,我们可以告诉系统,当线程退出时,自动释放线程资源。

测试代码:

#include <iostream>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <cstdio>
#include <cerrno>
#include <cstring>

__thread int g_val = 0;
void *threadRoutine(void *arg)
{
    pthread_detach(pthread_self());
    while(true)
    {
        std::cout << (char*)arg << ": "<< g_val << " &: " << &g_val << std::endl;
        g_val++;
        sleep(1);
    }
}
int main()
{
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, nullptr, threadRoutine, (void *)"thread 1");

    while(true)
    {
        std::cout << "main thread: " << g_val << " &: " << &g_val << std::endl;
        sleep(1);
        break;
    }

    int n = pthread_join(tid,nullptr);
    std::cout << "n:" << n << " errstring: " << strerror(n) << std::endl;
    return 0;
}

运行结果:
在这里插入图片描述
我们看到join异常进程直接退出。

所以线程分离后线程异常也会影响整个进程

C++语言提供的线程,而语言级别的线程库必须调用原生线程库---->本质是对原生线程库的封装
代码:
在这里插入图片描述
运行:
在这里插入图片描述
进程线程间的互斥相关背景概念
临界资源:多线程执行流共享的资源就叫做临界资源
临界区:每个线程内部,访问临界自娱的代码,就叫做临界区
互斥:任何时刻,互斥保证有且只有一个执行流进入临界区,访问临界资源,通常对临界资源起保护作用
原子性(后面讨论如何实现):不会被任何调度机制打断的操作,该操作只有两态,要么完成,要么未完成

如果多个线程访问同一个全局变量,并对它进行数据计算,多线程会互相影响吗?
测试代码:
抢票代码

#include <iostream>
#include <thread>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <cstdio>
#include <cerrno>
#include <cstring>

int tickets = 10000;
void *GetTickets(void *args)
{
    while (true)
    {
        if (tickets > 0)
        {
            usleep(1000);
            printf("%p : %d\n", pthread_self(), tickets);
            tickets--;
        }
        else
        {
            break;
        }
    }

    return nullptr;
}

int main()
{
    pthread_t t1;
    pthread_t t2;
    pthread_t t3;

    pthread_create(&t1, nullptr, GetTickets, nullptr);
    pthread_create(&t2, nullptr, GetTickets, nullptr);
    pthread_create(&t3, nullptr, GetTickets, nullptr);

    pthread_join(t1, nullptr);
    pthread_join(t2, nullptr);
    pthread_join(t3, nullptr);

    return 0;
}

运行结果:
在这里插入图片描述
我们发现票抢到-1了,这肯定是错的!
每次运行的结果都不一定一样:
在这里插入图片描述
所以tickets在并发访问的时候,导致了我们数据不一致的问题。之后再解决这个歌问题。

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施恩给武松讲了他的烦心事&#xff0c;他在快活林的酒肉店被蒋门神霸占了。希望武松能帮他出气。施恩的父亲也从屏风后走出来&#xff0c;让施恩拜武松为兄长。 武松要去打蒋门神&#xff0c;跟施恩约好了“无三不过望”&#xff0c;望子就是酒旗&#xff0c;意思看到酒旗就要…

H12-821_74

74.在某路由器上查看LSP&#xff0c;看到如下结果&#xff1a; A.发送目标地址为3.3.3.3的数据包时&#xff0c;打上标签1026&#xff0c;然后发送。 B.发送目标地址为4.4.4.4的数据包时&#xff0c;不打标签直接发送。 C.当路由器收到标签为1024的数据包&#xff0c;将把标签…

【JavaEE】_HTTP请求与响应

目录 1. HTTP协议 1.1 HTTP简介 1.2 Fiddler 2. HTTP请求 2.1 首行 2.2 请求头&#xff08;header&#xff09; 2.3 空行 2.4 正文&#xff08;body&#xff09; 3. HTTP响应 3.1 首行 3.2 响应头&#xff08;header&#xff09; 3.3 空行 3.4 正文&#xff08;bo…

跟廖雪峰老师学习Git(持续更新)

Git简介 创建版本库 第一步&#xff0c;创建一个新目录 第二步&#xff0c;通过git init变成Git可以管理的仓库 把文件添加到文本库&#xff0c;不要使用Windows自带的记事本&#xff01; 我用的是VS code 创建readme.txt 放入库中 commit可以一次提交很多文件&#xff0…

酒店押金预授权怎么开通?微信酒店押金+房态+门锁关联 +电子押金单 解决方案

一、酒店押金管理有哪些&#xff1f; 1.渠道有银行预授权 2.微信押金支付 3.酒店押金系统 4.支付押金管理 二、银行预授权模式 酒店押金预授权通常是在客人办理入住时进行的&#xff0c;酒店会要求客人提供信用卡或借记卡的卡号、有效期、持卡人姓名等信息&#xff0c;然后…

Django学习全纪录:Django开发环境的搭建

导言 对于Django&#xff0c;它是Python的一个开发框架&#xff0c;之前系统地学习过。遗憾的是&#xff0c;对于一些遇到的问题&#xff0c;没有及时地记录下来。因此&#xff0c;我将它重新捡起&#xff0c;进行学习和实践。从搭建环境开始&#xff0c;重新去学习它&#xff…

应用进程跨越网络的通信

目录 1 系统调用和应用编程接口 应用编程接口 API 几种应用编程接口 API 套接字的作用 几种常用的系统调用 1. 连接建立阶段 2. 传送阶段 3. 连接释放阶段 1 系统调用和应用编程接口 大多数操作系统使用系统调用 (system call ) 的机制在应用程序和操作系统之间传递控制…

Kafka 之生产者(Producer)

目录 一. 前言 二. 生产消息 三. 幂等和事务 四. send() 发送消息 五. 原理解析 一. 前言 Kafka生产者是一个应用程序&#xff0c;它负责向 Kafka 主题发送消息。这些消息可以用于多种目的&#xff0c;如记录用户活动、收集物联网设备数据、保存日志消息或缓存即将写入数据…

66万个 全国行政区划代码表

66万个全国各级行政区划代码表 提供的数据一览 简介 一共有66万个全国各级行政区划&#xff0c;一共有5个级别的行政单位级别 表格头部数据 表格尾部数据 全国行政单位各省份数量统计 数据下载地址 数据整理不易 百度云盘 链接: https://pan.baidu.com/s/1o1C2piYj2wu…

C#,数值计算,矩阵的行列式(Determinant)、伴随矩阵(Adjoint)与逆矩阵(Inverse)的算法与源代码

本文发布矩阵&#xff08;Matrix&#xff09;的一些初级算法。 一、矩阵的行列式&#xff08;Determinant&#xff09; 矩阵行列式是指矩阵的全部元素构成的行列式&#xff0c;设A(a)是数域P上的一个n阶矩阵&#xff0c;则所有A(a)中的元素组成的行列式称为矩阵A的行列式&…

仰暮计划|“​他们艰苦半生,但真的希望祖国安祥,山河无恙”

自述&#xff0c;自赎 我没有在那个年代生活过&#xff0c;我一出生就是盛世中国&#xff0c;看遍了祖国的大好河山。但我没想到&#xff0c;走了这么远的路&#xff0c;吃了这么多的苦的爷爷会一直跟我说“不是国家不好&#xff0c;只是中国的钱拿去还债了&#xff0c;过了那…

Linux释放内存

free -m是Linux上查看内存的指令&#xff0c;其中-m是以兆&#xff08;MB&#xff09;为单位&#xff0c;如果不加则以KB为单位。 如下图表示&#xff0c;&#xff08;total&#xff09;总物理内存是809MB&#xff0c;&#xff08;used&#xff09;已使用167MB&#xff0c;&…

零基础学Python(10)— 序列通用操作

前言&#xff1a;Hello大家好&#xff0c;我是小哥谈。本节课就带大家认识下Python语言中常见的序列通用操作&#xff01;~&#x1f308; 目录 &#x1f680;1.索引 &#x1f680;2.切片 &#x1f680;3.序列加法 &#x1f680;4.序列乘法 &#x1f680;5.检查某个元素是…

Python:Pygame游戏编程简述

Python是一种广泛使用的编程语言&#xff0c;它简洁、易懂并且功能强大。在Python的世界中&#xff0c;有许多库和模块可供选择&#xff0c;其中之一就是Pygame。Pygame是一个Python库&#xff0c;用于开发2D游戏&#xff0c;它提供了许多工具和函数&#xff0c;使得游戏开发变…