c++多线程入门_c语言是单线程还是多线程

c++多线程入门_c语言是单线程还是多线程多线程的优势线程创建更加快速线程间切换更加快速线程容易终止线程间通讯更快速C语言的多线程可以通过gcc编译器中的pthread实现。案例1:helloworld#include<stdio.h>#include<pthread.h>void*myfunc(void*args){printf(“helloworl…

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多线程的优势

  1. 线程创建更加快速
  2. 线程间切换更加快速
  3. 线程容易终止
  4. 线程间通讯更快速

C语言的多线程可以通过gcc编译器中的pthread实现。

案例1: hello world

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

void *myfunc(void *args){
    printf("hello world!\n");
    return NULL;
}


int main(int argc, char const *argv[])
{
    pthread_t pt; //定义线程ID
    pthread_create(&pt, NULL, myfunc, NULL); //创建线程
    pthread_join(pt, NULL); //等待线程结束

    return 0;
}

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在上面的案例中,我们的main函数就是一个主线程,我们通过pthread_create创建新的线程。主线程可以将任务放在一个队列中,用线程ID控制每个工作线程处理哪些任务。

因此我们需要学习核心函数pthread_create的用法,

int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,
                          void *(*start_routine) (void *), void *arg);

它需要四个参数作为输入:

  1. 线程ID的地址,可以通过pthread_t进行定义,
  2. 线程的属性,先不展开,直接用NULL
  3. 调用的函数
  4. 传入的参数,可以为NULL

对于第三个参数,pthread_create要求该函数格式为void *函数名(void *args){}形式,函数的参数对应第四个参数。

我们将上面的代码保存为example1.c,然后进行编译运行

gcc -o example1 example1.c -lpthread
./example1

案例2: 多线程的hell world

上面代码中如果想要多个hello word, 最简单粗暴的方法就是通过手动复制的方法强行开多个线程,但是这样子就把线程给固定了,最好的方式是能够手动调整

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>


void *myfunc(void *args){

    printf("hello world!\n");

    return NULL;
}


int main(int argc, char const *argv[])
{
    int n_threads = atoi(argv[1]);
    pthread_t pt[n_threads];

    for (int i = 0; i < n_threads; i++){
        pthread_create(&pt[i], NULL, myfunc, NULL);
    }
    for (int i = 0; i < n_threads; i++){
        pthread_join(pt[i], NULL);
    }



    return 0;
}

我们创建了一个存放不同线程ID的数组,通过一个for循环,创建多个线程运行,之后通过for循环等待线程结束。

将上面的代码保存为example2.c,然后编译运行。

gcc -o example2 example2.c -lpthread
./example2

案例3: 数组分区间计算

案例1和案例2,我们都没有传入额外的参数,输出结果也只是直接输出到屏幕。这个案例,我们会创建一个大小为5000的数组,通过多线程分区块计算,然后合并。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>

#define ARRSIZE 5000
//定义存放参数的结构体
typedef struct{
    int start;
    int end;
    int sum;
    int *arr;
    pthread_t id;
} ptInfo;
//运行函数
void *myfunc(void *args){

    ptInfo* info = (ptInfo *)args; //将void类型强制转换
    int sum = 0;
    for (int i = info->start; i < info->end; i++){
        sum += info->arr[i];
    }

    info->sum = sum; //返回sum

    return NULL;
}


int main(int argc, char const *argv[])
{
    int n_threads = atoi(argv[1]);
    ptInfo pt[n_threads];
    int blocks = ARRSIZE / n_threads;

    //初始化数组
    int arr[ARRSIZE];
    for (int i = 0; i < ARRSIZE; i++){
        arr[i] = i;
    }
    //创建线程
    for (int i = 0, j=0; i < ARRSIZE; j++){
        pt[j].start = i;
        pt[j].end = i + blocks;
        pt[j].sum = 0;
        pt[j].arr = arr;
        fprintf(stderr, "running:%d-%d\n", pt[j].start, pt[j].end); //提示信息
        pthread_create(&pt[j].id, NULL, myfunc, &pt[j]);
        i += blocks;
    }

    int sum = 0;
    for (int i = 0; i < n_threads; i++ ){
        pthread_join(pt[i].id, NULL);
        sum += pt[i].sum;
    }

    printf("sum: %d\n", sum);

    return 0;
}

由于pthread_create只接受一个传入参数,但是我们要提供的参数不只两个,因此我们定义了一个结构体,结构体中存放数组内存地址,起始位置和终止位置,求和结果,线程ID信息。

运行函数中,需要先将void *类型转换成我们定义的结构体指针类型,最后计算结果更新到结构体中sum中。

接着我们写了一个循环,为每个线程分配处理范围,并创建线程。最后等待每个线程结束后,将计算结果保存到我们的sum中。

最后,我们将其保存为example3.c, 然后编译运行

gcc -o example3 example3.c -lpthread
./example3 10
running:0-500
running:500-1000
running:1000-1500
running:1500-2000
running:2000-2500
running:2500-3000
running:3000-3500
running:3500-4000
running:4000-4500
running:4500-5000
sum: 1249750

注意这个代码存在bug,提供的线程数必须能被5000整除,不然就数组最后部分可能不会被算到。

以上几个案例只是简单介绍了C语言多线程的基本用法,处理数据也是相互独立,因此就不存在竞态条件(race condition), 也不需要引入互斥锁(mutex) ,也不涉及到假共享(false sharing)等高级知识点。对于这些知识点,可以参阅相关资料学习。

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