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c语言多线程编程(多线程编程实例 - C语言应用解析)

jk 2023-06-21 10:43:24 921

摘要:多线程编程实例 - C语言应用解析
多线程编程是当今软件开发中非常热门的问题。它是指将一个程序分解成两个或多个独立运行的部分,以便它们可以同时运行。每个部分称为一个线

多线程编程实例 - C语言应用解析

多线程编程是当今软件开发中非常热门的问题。它是指将一个程序分解成两个或多个独立运行的部分,以便它们可以同时运行。每个部分称为一个线程,它们共享程序的内存空间和系统资源。本文将介绍使用C语言开发的多线程编程实例,帮助读者更好地理解多线程编程相关概念和应用。

什么是多线程编程?

多线程编程是一种充分利用多核心处理器的技术。在传统的单线程应用程序中,每个操作需要按顺序执行,不能同时执行多个操作,因此效率较低。而多线程应用程序允许多个操作同时执行,从而充分利用多核处理器的能力,提高程序的性能。

多线程应用程序通常包含一个主线程和至少一个工作线程。主线程是应用程序启动时第一个运行的线程,它通常执行一些初始化任务,并创建和启动工作线程。工作线程处理实际的业务逻辑,通常是并发执行的,每个线程负责处理一部分任务,最终将结果返回给主线程,由主线程进行汇总和处理。

使用pthread库实现多线程编程

C语言中提供了几种多线程编程的实现方式,例如POSIX线程标准库(pthread)、OpenMP、Intel Threading Building Blocks等。这里我们以pthread库为例,介绍C语言中如何实现多线程编程。

pthread库提供了一套线程管理函数,包括线程创建、线程同步、线程销毁等函数。下面是一个简单的例子:

``` #include #include #include void *thread_func(void *arg) { printf(\"Hello from thread %d\ \", *(int*)arg); return NULL; } int main(int argc, char *argv[]) { pthread_t tid[5]; int i, ret; for(i=0; i<5; ++i) { ret = pthread_create(&tid[i], NULL, thread_func, &i); if (ret != 0) { fprintf(stderr, \"pthread_create() failed\ \"); exit(-1); } } printf(\"Hello from main thread\ \"); for(i=0; i<5; ++i) { pthread_join(tid[i], NULL); } return 0; } ```

这个例子中,程序通过pthread_create()函数创建了5个工作线程,每个工作线程执行了一个线程函数并返回。在创建线程的过程中,主线程传递了线程函数需要的参数给工作线程。线程函数中输出了线程编号,以便输出的结果可以清晰地知道哪个线程运行了。

在程序执行完创建线程的过程后,主线程输出了自己的标识符,并调用pthread_join()函数等待工作线程完成。调用pthread_join()函数的作用是等待线程退出,并回收其资源。如果不调用pthread_join()函数,工作线程会变成“僵尸线程”可能会影响程序的执行。

多线程应用实例:多线程排序

下面我们来看一个具体的应用实例,实现多线程排序。该程序的算法流程如下:

  1. 从文件中读取一批数
  2. 将读取到的数批量排成有序序列
  3. 依次遍历每个序列,将所有序列混合排成一个序列
  4. 将大序列写回磁盘中

我们将使用pthread库实现多线程排序。下面是具体的代码实现:

``` #include #include #include #include #include #define MAX 100000 int A[MAX], M[MAX], N[MAX]; pthread_t threads[100]; int nthreads = 0; typedef struct { int *a; int n; } sort_arg_t; void* sort_thread(void* arg) { int *a = ((sort_arg_t*)arg)->a; int n = ((sort_arg_t*)arg)->n; qsort(a, n, sizeof(int), compar); pthread_exit(NULL); } void* merge_thread(void *arg) { merge_arg_t args = *(merge_arg_t*)arg; int i; int *a, *m, *n; a = args.a; m = args.m; n = args.n; for(i=0; i= MAX) { fprintf(stderr, \"array too small\ \"); exit(EXIT_FAILURE); } if(fscanf(f, \"%d\", &a) != 1) break; A[i] = a; } fclose(f); } int main(int argc, char *argv[]) { int a, i, j, k; int len, tlen; sort_arg_t sargs[100]; int idx[100]; readdata(); len = i; // #1 sort local arrays for(i=0; i 1) { tlen = (nthreads+1)/2; // tlen=number of sequences in current iteration for(i=0,j=0; j该程序在实现时主要包含以下步骤:

  1. 从磁盘文件中读取一批数字到数组A中。
  2. 将数组A分成nthreads段,每段长度为len/nthreads,对每段排序。
  3. 对排序后的每个段进行归并排序,归并时启动一个线程。
  4. 持续执行步骤3,直到序列合并成一个。
  5. 将有序序列写入磁盘文件。

在程序执行过程中,每个线程都调用了pthread_create()函数创建一个线程,线程函数中执行排序或归并操作。在程序归并时,每个新启动的线程创建并拥有一个独立的并发处理的线程。程序等待所有线程完成后,才开始后续操作。

该程序代码实现时,代码量较大, 主要实现算法的细节部分需要处理,读者可以根据需求逐一调试,挖掘多线程及排序的更深层次的细节,这里就不过多赘述。

总结

本文主要介绍了如何使用C语言实现多线程应用程序。其中,以pthread库为例介绍了多线程编程的基本思路及相关API。随后,让读者通过一个多线程排序的实例,加深了对多线程编程的理解。在日常应用中,随着计算机系统性能不断提高,在计算密集型应用中,使用多线程编程能够大大提高程序的执行效率,但同时也需要注意协调好多线程之间的相互关系和内存的访问,才能使程序在多线程环境中正常稳定运行。

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