c++多线程入门_c语言是单线程还是多线程

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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。