双缓冲方法实现waveOut的连续无卡顿播放以及即收即放

article/2025/11/9 14:40:02

1. waveOut基本使用方法

waveOut是一套历史悠久的Windows音频API，虽然古老，但至今仍运行良好，且支持老旧系统（原生支持Windows XP）。

waveOut虽然不像DirectSound那样自带混音功能，但也可以通过同时开多个播放线程实现同时播放多个声音的目的，达到事实上的混音效果。（关于waveOut混音效果可以看我的一个视频演示：FC音乐格式nsf多线程播放程序演示）

waveOut的使用一般遵循Open - Prepare - Write - Reset - Unprepare - Close的步骤。本文提到的函数均省略前缀waveOut，例如Write实际上指的是waveOutWrite函数。
在这里插入图片描述
如上图所示。waveOut在播放音频期间不能调用Unprepare, Write等函数，如要暂停播放可使用Pause函数，或者Reset函数。播放期间调用Reset会使声音立即停止，接着调用Prepare, Write函数，可以再次播放。

通过此法可以实现《帝国时代2》中“伐伐伐伐伐木工”的效果。

WaveOutEffect.h:

#pragma once#include <Windows.h>
#include <mmsystem.h>class WaveOutEffect
{
public:WaveOutEffect(PWAVEFORMATEX pWaveformat, int buf_ms = 80);~WaveOutEffect();void PlayAudio(char* in_buf, unsigned int in_bufsize);
private:char* buf;unsigned int buf_size;WAVEFORMATEX m_Waveformat;WAVEHDR wavehdr;HWAVEOUT	m_hWaveOut;MMRESULT mRet;void Open();void Reset();
};

WaveOutEffect.cpp:

#include "WaveOutEffect.h"#include "tstring.h"#pragma comment(lib,"winmm.lib")#define _PRINT
#include <stdexcept>using namespace std;WaveOutEffect::WaveOutEffect(PWAVEFORMATEX pWaveformat, int buf_ms) :m_hWaveOut(0)
{//初始化音频格式memcpy(&m_Waveformat, pWaveformat, sizeof(WAVEFORMATEX));m_Waveformat.nBlockAlign = (m_Waveformat.wBitsPerSample * m_Waveformat.nChannels) >> 3;m_Waveformat.nAvgBytesPerSec = m_Waveformat.nBlockAlign * m_Waveformat.nSamplesPerSec;//分配缓冲区buf_size = buf_ms * m_Waveformat.nSamplesPerSec * m_Waveformat.nBlockAlign / 1000;buf = new char[buf_size];//清空WAVEHDRZeroMemory(&wavehdr, sizeof(WAVEHDR));//设置WAVEHDRwavehdr.lpData = buf;wavehdr.dwBufferLength = buf_size;Open();
}WaveOutEffect::~WaveOutEffect()
{Reset();mRet = waveOutUnprepareHeader(m_hWaveOut, &wavehdr, sizeof(WAVEHDR));if (mRet != MMSYSERR_NOERROR){TCHAR info[260];waveOutGetErrorText(mRet, info, 260);throw runtime_error(to_string(info));}mRet = waveOutClose(m_hWaveOut);if (mRet != MMSYSERR_NOERROR){throw runtime_error("waveOutClose fail");}delete[] buf;
}void WaveOutEffect::PlayAudio(char* in_buf, unsigned int in_bufsize)
{if (in_bufsize > buf_size)//传入buf大于内置缓冲区，抛出异常{throw runtime_error("input buffer size is bigger than self");}if (in_bufsize <= buf_size){wavehdr.dwBufferLength = in_bufsize;}memcpy(buf, in_buf, in_bufsize);Reset();mRet = waveOutPrepareHeader(m_hWaveOut, &wavehdr, sizeof(WAVEHDR));if (mRet != MMSYSERR_NOERROR){TCHAR info[260];waveOutGetErrorText(mRet, info, 260);throw runtime_error(to_string(info));}mRet = waveOutWrite(m_hWaveOut, &wavehdr, sizeof(WAVEHDR));if (mRet != MMSYSERR_NOERROR){TCHAR info[260];waveOutGetErrorText(mRet, info, 260);throw runtime_error(to_string(info));}
}void WaveOutEffect::Open()
{mRet = waveOutOpen(&m_hWaveOut, WAVE_MAPPER, &m_Waveformat, NULL, 0, CALLBACK_NULL);if (mRet != MMSYSERR_NOERROR){throw runtime_error("waveOutOpen fail");}
}void WaveOutEffect::Reset()
{mRet = waveOutReset(m_hWaveOut);if (mRet != MMSYSERR_NOERROR){TCHAR info[260];waveOutGetErrorText(mRet, info, 260);throw runtime_error(to_string(info));}
}

2. 双缓冲实现waveOut的即取即放

如果我们要播放一大段音频怎么办？或者音频数据是以流的方式获得，比如网络中接收到的，怎么办？

一大段音频倒是可以一次性分配几十MB内存，全部加载，一股脑地都用waveOutWrite调用了。但音频流就没有办法了。

网络上流传很广的一篇，由英文翻译得到的waveOut教程，上面使用了20个数组轮流送进waveOut的方法，我个人觉得很不直观，又繁琐。

但waveOut的线程控制较为复杂，稍不注意就会触发死锁。这方面更深入的剖析可以看参考文献2。直到我看到参考文献1，才得到真正的解决方法。

2.1 播放

在这里插入图片描述

如上图所示，我首先使用了两个WAVEHDR，分别掌管2个缓冲区。然后开辟了一个线程，每当一个缓冲区播放完成时，线程2就将该缓冲区标记为“未播放”，每次调用PlayAudio时，都先寻找空闲的缓冲区，没有则阻塞，直到空闲缓冲区出现，则使用Write将当前音频片段送入缓冲待播放。因为两个WAVEHDR绑定到同一个HWAVEOUT，所以系统内核在一个缓冲播放完成时会自动接着放另一个，达到时间上的连续播放。

2.2 停止

在这里插入图片描述
停止功能如上图所示。首先调用Reset，让内核强制停止。然后阻塞等待playing1和playing2全部为false，确保没有音频正在播放。然后发送WM_QUIT至线程2，再阻塞等待线程2退出。之后就可以调用Unprepare和Close正常结束了。

在使用时，由于PlayAudio内部会自动阻塞，所以只要单独开一个线程，无脑地往PlayAudio里怼 读取/解码/接收 到的任何音频数据就可以了。机制会保证播放的连续性，不会出现“伐伐伐木工”这种情况。

下附代码。
WaveOut.h:

#pragma once#include <Windows.h>
#include <mmsystem.h>class WaveOut
{
public:WaveOut(PWAVEFORMATEX pWaveformat,int buf_ms=80);~WaveOut();//open & prepareHeadervoid Start();//填入数据，若当前没有空余缓冲区，则先阻塞，填充后返回//writevoid PlayAudio(char* buf, unsigned int nSize);//reset -> 等待线程播放完成并退出 -> unprepare -> closevoid Stop();
private:char* buf1,*buf2;unsigned int buf_size;bool isplaying1, isplaying2;bool thread_is_running;HANDLE		m_hThread;DWORD		m_ThreadID;BOOL		m_bDevOpen;HWAVEOUT	m_hWaveOut;int			m_BufferQueue;WAVEFORMATEX m_Waveformat;WAVEHDR wavehdr1,wavehdr2;CRITICAL_SECTION m_Lock;static DWORD WINAPI ThreadProc(LPVOID lpParameter);void StartThread();void StopThread();void Open();//unprepare & closevoid Close();inline void WaitForPlayingEnd();inline void SetThreadSymbol(bool running);//若传入的指针指向wavehdr1，则将isplaying1设为falseinline void SetFinishSymbol(PWAVEHDR pWaveHdr);
};

WaveOut.cpp:

#include "WaveOut.h"
#include "tstring.h"#pragma comment(lib,"winmm.lib")#define _PRINT
#include <stdexcept>using namespace std;WaveOut::WaveOut(PWAVEFORMATEX pWaveformat, int buf_ms) :thread_is_running(false), m_hThread(0), m_ThreadID(0), m_bDevOpen(false), m_hWaveOut(0), m_BufferQueue(0), isplaying1(false), isplaying2(false)
{//初始化音频格式memcpy(&m_Waveformat, pWaveformat, sizeof(WAVEFORMATEX));m_Waveformat.nBlockAlign = (m_Waveformat.wBitsPerSample * m_Waveformat.nChannels) >> 3;m_Waveformat.nAvgBytesPerSec = m_Waveformat.nBlockAlign * m_Waveformat.nSamplesPerSec;//分配缓冲区buf_size = buf_ms * m_Waveformat.nSamplesPerSec * m_Waveformat.nBlockAlign / 1000;buf1 = new char[buf_size];buf2 = new char[buf_size];//清空WAVEHDRZeroMemory(&wavehdr1, sizeof(WAVEHDR));ZeroMemory(&wavehdr2, sizeof(WAVEHDR));//设置WAVEHDRwavehdr1.lpData = buf1;wavehdr1.dwBufferLength = buf_size;wavehdr2.lpData = buf2;wavehdr2.dwBufferLength = buf_size;InitializeCriticalSection(&m_Lock);}WaveOut::~WaveOut()
{WaitForPlayingEnd();StopThread();Close();delete[] buf1;delete[] buf2;DeleteCriticalSection(&m_Lock);
}void WaveOut::Start()
{StartThread();try{Open();}catch (runtime_error e){StopThread();throw e;}
}void WaveOut::PlayAudio(char* in_buf, unsigned int in_size)
{if (!m_bDevOpen){throw runtime_error("waveOut has not been opened");}//等待出现可写入缓存while (1){if (isplaying1 && isplaying2)//都不可写入，继续等待{Sleep(10);
#ifdef _PRINTprintf("PlayAudio::waitting\n");
#endifcontinue;}else{//一旦出现任意一个可写入，则break
#ifdef _PRINTprintf("PlayAudio::break\n");
#endifbreak;}}//将没有在播放的hdr设为当前hdrchar* now_buf=nullptr;WAVEHDR* now_wavehdr = nullptr;bool* now_playing = nullptr;if (isplaying1 == false){now_buf = buf1;now_wavehdr = &wavehdr1;now_playing = &isplaying1;}if (isplaying2 == false){now_buf = buf2;now_wavehdr = &wavehdr2;now_playing = &isplaying2;}if (in_size > buf_size)//传入buf大于内置缓冲区，抛出异常{throw runtime_error("input buffer size is bigger than self");}if (in_size <= buf_size){now_wavehdr->dwBufferLength = in_size;}memcpy(now_buf, in_buf, in_size);if (waveOutWrite(m_hWaveOut, now_wavehdr, sizeof(WAVEHDR)) != MMSYSERR_NOERROR){throw runtime_error("waveOutWrite fail");}EnterCriticalSection(&m_Lock);*now_playing = true;LeaveCriticalSection(&m_Lock);}DWORD __stdcall WaveOut::ThreadProc(LPVOID lpParameter)
{
#ifdef _PRINTprintf("ThreadProc::enter\n");
#endifWaveOut* pWaveOut = (WaveOut*)lpParameter;pWaveOut->SetThreadSymbol(true);MSG msg;while (GetMessage(&msg, 0, 0, 0)){switch (msg.message){case WOM_OPEN:break;case WOM_CLOSE:break;case WOM_DONE://标记完成符号WAVEHDR* pWaveHdr = (WAVEHDR*)msg.lParam;pWaveOut->SetFinishSymbol(pWaveHdr);break;}}pWaveOut->SetThreadSymbol(false);
#ifdef _PRINTprintf("ThreadProc::exit\n");
#endifreturn msg.wParam;
}void WaveOut::StartThread()
{if (thread_is_running){throw runtime_error("thread has been running");}m_hThread = CreateThread(0, 0, ThreadProc, this, 0, &m_ThreadID);if (!m_hThread){throw runtime_error("CreateThread fail");}
}void WaveOut::StopThread()
{if (!thread_is_running){return;}if (m_hThread){PostThreadMessage(m_ThreadID, WM_QUIT, 0, 0);while (1){if (thread_is_running){
#ifdef _PRINTprintf("StopThread::waiting\n");
#endifSleep(1);}else{
#ifdef _PRINTprintf("StopThread::break\n");
#endifbreak;}}TerminateThread(m_hThread, 0);m_hThread = 0;}
}void WaveOut::Open()
{if (m_bDevOpen){throw runtime_error("waveOut has been opened");}//lphWaveOut: PHWaveOut;   {用于返回设备句柄的指针; 如果 dwFlags=WAVE_FORMAT_QUERY, 这里应是 nil}//uDeviceID: UINT;         {设备ID; 可以指定为: WAVE_MAPPER, 这样函数会根据给定的波形格式选择合适的设备}//lpFormat: PWaveFormatEx; {TWaveFormat 结构的指针; TWaveFormat 包含要申请的波形格式}//dwCallback: DWORD        {回调函数地址或窗口句柄; 若不使用回调机制, 设为 nil}//dwInstance: DWORD        {给回调函数的实例数据; 不用于窗口}//dwFlags: DWORD           {打开选项}// long120823MMRESULT mRet;mRet = waveOutOpen(0, WAVE_MAPPER, &m_Waveformat, 0, 0, WAVE_FORMAT_QUERY);if (mRet != MMSYSERR_NOERROR){throw runtime_error("waveOutOpen fail");}mRet = waveOutOpen(&m_hWaveOut, WAVE_MAPPER, &m_Waveformat, m_ThreadID, 0, CALLBACK_THREAD);if (mRet != MMSYSERR_NOERROR){throw runtime_error("waveOutOpen fail");}if (waveOutPrepareHeader(m_hWaveOut, &wavehdr1, sizeof(WAVEHDR)) != MMSYSERR_NOERROR){throw runtime_error("waveOutPrepareHeader fail");}if (waveOutPrepareHeader(m_hWaveOut, &wavehdr2, sizeof(WAVEHDR)) != MMSYSERR_NOERROR){throw runtime_error("waveOutPrepareHeader fail");}m_bDevOpen = TRUE;
}void WaveOut::Close()
{if (!m_bDevOpen){return;}if (!m_hWaveOut){return;}MMRESULT mRet;if ((mRet = waveOutUnprepareHeader(m_hWaveOut, &wavehdr1, sizeof(WAVEHDR))) != MMSYSERR_NOERROR){TCHAR info[260];waveOutGetErrorText(mRet, info, 260);throw runtime_error(to_string(info));}if ((mRet = waveOutUnprepareHeader(m_hWaveOut, &wavehdr2, sizeof(WAVEHDR))) != MMSYSERR_NOERROR){TCHAR info[260];waveOutGetErrorText(mRet, info, 260);throw runtime_error(to_string(info));}mRet = waveOutClose(m_hWaveOut);if (mRet != MMSYSERR_NOERROR){throw runtime_error("waveOutClose fail");}m_hWaveOut = 0;m_bDevOpen = FALSE;
}inline void WaveOut::WaitForPlayingEnd()
{while (1){if (isplaying1 || isplaying2){
#ifdef _PRINTprintf("Stop::waitting\n");
#endifSleep(1);}else{
#ifdef _PRINTprintf("Stop::break\n");
#endifbreak;}}
}void WaveOut::Stop()
{//先resetMMRESULT mRet;if ((mRet = waveOutReset(m_hWaveOut)) != MMSYSERR_NOERROR){TCHAR info[260];waveOutGetErrorText(mRet, info, 260);throw runtime_error(to_string(info));}//等待播放完成WaitForPlayingEnd();//向线程发送关闭信号，阻塞直到线程退出StopThread();Close();
}inline void WaveOut::SetThreadSymbol(bool running)
{EnterCriticalSection(&m_Lock);thread_is_running = running;LeaveCriticalSection(&m_Lock);
}inline void WaveOut::SetFinishSymbol(PWAVEHDR pWaveHdr)
{EnterCriticalSection(&m_Lock);if (pWaveHdr == &wavehdr1){isplaying1 = false;
#ifdef _PRINTprintf("1 is finished.\n");
#endif}else{isplaying2 = false;
#ifdef _PRINTprintf("2 is finished.\n");
#endif}LeaveCriticalSection(&m_Lock);
}

本文代码一部分参考自文献1。
代码中的tstring.h是我自己写的一个文件，主要内容是兼容Unicode和ANSI的映射宏。读者删掉对应#define行，TCHAR改成char，to_string去掉，就可以在ANSI编码上正常使用了。

参考

[1] 打造自己的wave音频播放器-使用waveOutOpen与waveOutWrite实现
[2] waveOutReset的N种死法, 及其解决方案


http://chatgpt.dhexx.cn/article/FGwIUrgY.shtml

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