pthreads在C中:如何阻止线程相互干扰

Question

我是使用pthreads的新手。我想创建一个程序，其中六个不同的线程将各自输出不同的数字。线程可以按任何顺序运行，但是，每个线程应该只运行一次。

因此，一个可能的输出是：

Thread: 5
Thread: 2
Thread: 3
Thread: 6
Thread: 1
Thread: 4

或者它可以是任何其他顺序。

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

void *apples(void *void_apple_num){
int *thread_num = (int *) void_apple_num;
printf("Thread: %dn", *thread_num);
return NULL;
}

int main(){
pthread_t threads[6];
int apple_num;

for(apple_num=0; apple_num<6; apple_num++){
pthread_create(&threads[apple_num], NULL, apples, &apple_num);
}
for(apple_num=0; apple_num<6; apple_num++){
pthread_join(threads[apple_num], NULL);
}    
return 0;
}

当我运行程序时，我遇到了线程相互干扰的问题。我不确定某些线程是否运行了两次？然而，我认为问题是一些线程使用了来自不同线程的apple_num指针。

以下是我得到的两个样本输出：

输出1:

Thread: 5
Thread: 0
Thread: 1
Thread: 1
Thread: 2
Thread: 2

输出2:

Thread: 1
Thread: 4
Thread: 4
Thread: 5
Thread: 1
Thread: 1

我不完全明白是什么导致了这个问题。我听说线程有时可以共享变量？我不知道是否应该使用互斥锁以某种方式让线程一次运行一个。

如何编辑代码来解决此问题？

如果其他人也问过类似的问题，请引导我回答他们的问题。我在调查的时候什么也找不到。

Answer 1

每个线程都会获得一个指向相同局部变量apple_num的指针，该变量在循环中由主线程更改。由于线程是异步启动的，因此从任何其他线程的角度来看，主线程中局部变量apple_num的值都是不确定的。

您需要将该变量的副本传递给每个线程。

一个修复方法是将int强制转换为void*并返回：

void *apples(void* apple_num){
int thread_num = (int)void_apple_num;
...
pthread_create(&threads[apple_num], NULL, apples, (void*)apple_num);

正如他们在评论中提到的，intptr_t和uintptr_t(来自<stdint.h>(可能更适合于无损耗的往返，例如uintptr_t->void*->CCD_ 11。但C标准不需要任何整数来往返于void*，它只需要void*->CCD_ 14和背面。

在更现实的场景中，您可能希望向线程传递不止一个整数，即struct。这就是线程启动函数接收单个void*参数的基本原理——它可以指向任何数据类型的对象(POSIX要求void*也能够存储函数指针(。

将结构传递给线程的示例(不依赖于实现定义的整数到void*和返回的转换(：

struct ThreadArgs {
int thread_num;
// More data members, as needed.
};
void* apples(void* arg){
struct ThreadArgs* a = arg;
printf("Thread: %dn", a->thread_num);
free(arg);
return NULL;
}
int main() {
pthread_t threads[6];
struct ThreadArgs* a;
int apple_num;
for(apple_num=0; apple_num<6; apple_num++){
a = malloc(sizeof *a);
a->thread_num = apple_num;
pthread_create(&threads[apple_num], NULL, apples, a);
}

for(apple_num=0; apple_num<6; apple_num++)
pthread_join(threads[apple_num], NULL);

return 0;
}

请注意，您不必在堆(malloc(上分配线程参数结构。如果将自动变量(在堆栈上(传递给线程，则必须确保该变量在线程访问它时保持不变并且仍然存在。从堆中分配线程参数结构是最安全的，并且以malloc/free调用为代价来解决此问题。