C語言創(chuàng)建線程thread_create()的方法
在頭文件 threads.h 中,定義和聲明了支持多線程的宏、類型和函數(shù)。所有直接與線程相關的標識符,均以前綴 thrd_ 作為開頭。例如,thrd_t 是一個對象類型,它標識了一個線程。
函數(shù) thrd_create()用于創(chuàng)建并開始執(zhí)行一個新線程。函數(shù) thrd_create()的其中一個參數(shù)為在新線程中需要被執(zhí)行的函數(shù) thrd_create()的其中一個參數(shù)為在新線程中需要被執(zhí)行的函數(shù)。thrd_create()的完整原型是:
int thrd_create(thrd_t *thr, thrd_start_t func, void *arg);
參數(shù) func 是一個指針,它指向在新線程需要被執(zhí)行的函數(shù),而 void 指針 arg 用于向該函數(shù)傳遞參數(shù)。換句話說,新線程將執(zhí)行函數(shù)調(diào)用 func(arg)。
參數(shù) func 的類型為 thrd_start_t,它被定義為 int(*)(void*)(這是一個函數(shù)指針,指向一個 void 指針作為其參數(shù)并返回一個 int 值的函數(shù)),因此,該線程執(zhí)行的函數(shù)返回一個 int 類型的值。
程序在后續(xù)過程中可以通過調(diào)用函數(shù) thread_join()獲得這個 int 類型的返回值(必要時,需等待該線程執(zhí)行完)。
如果一個線程啟動成功,函數(shù) thread_create()將新線程寫入一個對象進行標識,并通過參數(shù) thr 指向該對象,然后返回宏值 thread_success。
在大多數(shù)情況下,后續(xù)的其他操作均依賴于該線程的執(zhí)行結果,并且只有當該線程完成后,才能執(zhí)行其他操作。函數(shù) thread_join()用于確保一個線程已完成。它的原型是:
int thrd_join(thrd_t thr, int *result);
調(diào)用 thread_join()的線程會被阻塞,直到通過 thr 標識的線程執(zhí)行完成,這里“阻塞”(block)指的是:線程會在調(diào)用 thread_join()的位置停留必要的時間。然后,thread_join()將線程 thr 中執(zhí)行函數(shù)的返回值寫入指針 result 所引用的 int 變量中,假設 result 不是一個空指針。最后,thread_join()釋放屬于線程 thr 的所有資源。
如果程序邏輯上并不需要等待線程 thr 結束,則應該調(diào)用以下函數(shù):
int thrd_detach(thrd_t thr);
thrd_detach()使得當線程 thr 執(zhí)行完成后,自動釋放線程占用的所有資源。一旦一個線程執(zhí)行了分離操作(調(diào)用 thrd_detach()),將不用程序等待其結束,程序也不會獲得該線程執(zhí)行函數(shù)的返回值。對于每個創(chuàng)建的線程,調(diào)用 thread_join()或 thread_detach()不得超過一次。
在例 1 中的程序展示了使用并行操作處理數(shù)組的一種方式。各個線程先自行處理數(shù)組的各部分,然后將它們的處理結果組合在一起。該程序僅需計算一個數(shù)字序列的總和。
函數(shù) sum()首先根據(jù)創(chuàng)建線程的最大數(shù)量確定劃分數(shù)組所得的各組元素的最大數(shù)量,然后調(diào)用遞歸輔助函數(shù) parallel_sum()。
函數(shù) parallel_sum()將數(shù)組平均分為兩半,將其中的一半交給一個新線程處理,同時調(diào)用自身來處理另一半數(shù)組。如該例所示,一個線程函數(shù)需要多個參數(shù),這些參數(shù)通常采用結構進行封裝。
【例1】在幾個并行線程中計算數(shù)組元素的和
#include <stdbool.h>
#include <threads.h>
#define MAX_THREADS 8 // 1、2、4、8……所創(chuàng)建線程數(shù)量的最大值
#define MIN_BLOCK_SIZE 100 // 一個數(shù)組塊的最小值
typedef struct // 函數(shù)parallel_sum()的參數(shù)
{
float *start; // 傳遞給parallel_sum()的數(shù)組塊的起始地址
int len; // 數(shù)組塊長度
int block_size; // 最小數(shù)組塊的大小
double sum; // 求和結果
} Sum_arg;
int parallel_sum(void *arg); // 線程函數(shù)的原型
// ---------------------------------------------------------------
// 計算數(shù)組元素的和,并寫入*sumPtr
// sum()調(diào)用函數(shù)parallel_sum()進行并行處理
// 返回值:如果沒有發(fā)生錯誤,則返回true;否則,返回false
bool sum(float arr[], int len, double* sumPtr)
{
int block_size = len / MAX_THREADS;
if (block_size < MIN_BLOCK_SIZE) block_size = len;
Sum_arg args = { arr, len, block_size, 0.0 };
if (parallel_sum(&args))
{ *sumPtr = args.sum; return true; }
else
return false;
}
// ---------------------------------------------------------------
// 遞歸輔助函數(shù),用以將工作分解到幾個線程中處理
int parallel_sum(void *arg)
{
Sum_arg *argp = (Sum_arg*)arg; // 指向參數(shù)的指針
if (argp->len <= argp->block_size) // 如果length <= block_size,
// 對所有元素求和
{
for (int i = 0; i < argp->len; ++i)
argp->sum += argp->start[i];
return 1;
}
else // 如果length > block_size,
// 分解數(shù)組
{
int mid = argp->len / 2;
Sum_arg arg2 = { argp->start+mid, argp->len-mid,
argp->block_size, 0}; // 指定后一半數(shù)組
argp->len = mid; // 前一半數(shù)組的長度
thrd_t th; // 在新線程中處理前一半數(shù)組
int res = 0;
if (thrd_create(&th, parallel_sum, arg) != thrd_success)
return 0; // 沒能成功創(chuàng)建新線程
if (!parallel_sum(&arg2)) // 在當前線程下,以遞歸方式處理后一半數(shù)組
{
thrd_detach(th); return 0; // 遞歸調(diào)用失敗
}
thrd_join(th, &res);
if (!res)
return 0; // 同級線程報告執(zhí)行失敗
argp->sum += arg2.sum;
return 1;
}
}
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