Chap3 进程与线程

pthread_create()

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pthread_create() 是 POSIX 线程（pthread）库中用于创建新线程的核心函数，其原型如下：

int pthread_create(
    pthread_t *thread,          // 线程标识符指针
    const pthread_attr_t *attr, // 线程属性指针
    void *(*start_routine)(void *), // 线程函数指针
    void *arg                   // 传递给线程函数的参数
);

参数详解：

1. pthread_t *thread

• 作用：用于存储新线程的唯一标识符（线程ID）。
• 类型：pthread_t 是一个不透明数据类型（具体实现可能为整数或结构体）。
• 使用方式：

  pthread_t tid;                // 定义线程ID变量
  pthread_create(&tid, ...);    // 创建线程后，tid会被填充
  

• 后续用途：可用于 pthread_join()、pthread_detach() 等操作。

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2. const pthread_attr_t *attr

• 作用：指定线程的属性（如栈大小、调度策略、分离状态等）。
• 类型：pthread_attr_t 是线程属性结构体，需先初始化。
• 使用方式：

  pthread_attr_t attr;
  pthread_attr_init(&attr);                  // 初始化属性
  pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED); // 设置属性
  pthread_create(&tid, &attr, start_routine, arg); // 使用属性创建线程
  pthread_attr_destroy(&attr);               // 销毁属性对象
  

• 特殊值：
  • 若为 NULL，则使用默认属性（JOINABLE、默认栈大小等）。

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3. void *(*start_routine)(void *)

• 作用：新线程启动后执行的函数（线程入口点）。
• 函数签名：必须为 void* func(void *) 形式。
• 示例：

  void* thread_func(void *arg) {
      printf("Thread running, arg=%d\n", *(int*)arg);
      return NULL;  // 返回值可通过 pthread_join() 获取
  }
  

• 注意：
  • 线程函数应返回 void*，通常用于传递退出状态（可通过 pthread_join() 接收）。
  • 若线程函数直接返回，等价于调用 pthread_exit()。
  • 若线程函数不返回，则必须以pthread_exit ();结尾

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4. void *arg

• 作用：传递给线程函数 start_routine 的参数。
• 类型：void* 泛型指针，可传递任意数据类型（需强制转换）。
• 示例：

  int value = 42;
  pthread_create(&tid, NULL, thread_func, &value); // 传递整数的地址
  

• 注意事项：
  • 确保 arg 的生命周期覆盖线程的执行（避免传递栈变量的地址后主线程退出）。
  • 若需传递多个参数，需封装为结构体。

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返回值

• 成功：返回 0。
• 失败：返回错误码（非 errno，需用 strerror() 解析）：

  if (pthread_create(&tid, NULL, thread_func, arg) != 0) {
      perror("pthread_create failed");
  }
  

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完整示例

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

void* thread_func(void *arg) {
    int num = *(int*)arg;
    printf("Thread received: %d\n", num);
    return (void*)(num + 1); // 返回计算结果
}

int main() {
    pthread_t tid;
    int arg_value = 42;
    void *thread_result;

    // 创建线程
    if (pthread_create(&tid, NULL, thread_func, &arg_value) != 0) {
        fprintf(stderr, "Thread creation failed\n");
        return 1;
    }

    // 等待线程结束并获取返回值
    pthread_join(tid, &thread_result);
    printf("Thread returned: %ld\n", (long)thread_result);

    return 0;
}

关键点总结

1. 线程ID：通过 pthread_t 标识线程，后续用于管理。
2. 属性控制：通过 attr 定制线程行为（如分离状态、栈大小）。
3. 入口函数：线程从 start_routine 开始执行，返回值可被 pthread_join 捕获。
4. 参数传递：arg 需注意生命周期和类型安全。

线程实例

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

// 全局变量用于存储数据和结果
int *numbers;
int count;
double average;
int maximum;
int minimum;

// 线程函数：计算平均值
void *calculate_average(void *arg) {
    double sum = 0;
    for (int i = 0; i < count; i++) {
        sum += numbers[i];
    }
    average = sum / count;
    pthread_exit(NULL);
}

// 线程函数：计算最大值
void *calculate_maximum(void *arg) {
    maximum = numbers[0];
    for (int i = 1; i < count; i++) {
        if (numbers[i] > maximum) {
            maximum = numbers[i];
        }
    }
    pthread_exit(NULL);
}

// 线程函数：计算最小值
void *calculate_minimum(void *arg) {
    minimum = numbers[0];
    for (int i = 1; i < count; i++) {
        if (numbers[i] < minimum) {
            minimum = numbers[i];
        }
    }
    pthread_exit(NULL);
}

int main(int argc, char *argv[]) {
    if (argc < 2) {
        printf("Usage: %s <number1> <number2> ... <numberN>\n", argv[0]);
        return 1;
    }

    // 解析命令行参数
    count = argc - 1;
    numbers = (int *)malloc(count * sizeof(int));
    for (int i = 0; i < count; i++) {
        numbers[i] = atoi(argv[i + 1]);
    }

    // 创建三个线程
    pthread_t threads[3];
    pthread_create(&threads[0], NULL, calculate_average, NULL);
    pthread_create(&threads[1], NULL, calculate_maximum, NULL);
    pthread_create(&threads[2], NULL, calculate_minimum, NULL);

    // 等待所有线程完成
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        pthread_join(threads[i], NULL);
    }

    // 输出结果
    printf("The average value is %.0f\n", average);
    printf("The maximum value is %d\n", maximum);
    printf("The minimum value is %d\n", minimum);

    // 释放内存
    free(numbers);

    return 0;
}