C语言多线程编程入门（从零开始掌握多线程算法实现）

什么是多线程？

线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位。一个进程可以包含多个线程，它们共享进程的内存空间，但各自拥有独立的执行路径。使用POSIX线程教程中的 pthread 库，我们可以在 C 语言中轻松创建和管理线程。

准备工作：安装 pthread

在 Linux 或 macOS 系统中，pthread 库通常已预装。在 Windows 上，建议使用 MinGW 或 WSL（Windows Subsystem for Linux）来编译支持 pthread 的程序。

编译时需加上 -pthread 参数，例如：

gcc -o my_thread_program my_thread_program.c -pthread

第一个多线程程序

下面是一个简单的 C 语言多线程示例，它创建两个线程，分别打印消息：

#include <stdio.h>#include <pthread.h>#include <unistd.h> // 用于 sleep()// 线程函数void* print_message(void* arg) {    char* message = (char*)arg;    for (int i = 0; i < 3; i++) {        printf("%s\n", message);        sleep(1); // 暂停1秒    }    return NULL;}int main() {    pthread_t thread1, thread2;    // 创建线程    pthread_create(&thread1, NULL, print_message, "线程1正在运行");    pthread_create(&thread2, NULL, print_message, "线程2正在运行");    // 等待线程结束    pthread_join(thread1, NULL);    pthread_join(thread2, NULL);    printf("所有线程已完成！\n");    return 0;}

代码解析

• pthread_create()：创建新线程，参数包括线程ID、属性、线程函数和传入参数。
• pthread_join()：主线程等待指定线程结束，确保程序不会提前退出。
• 线程函数必须返回 void* 类型，并接受 void* 参数。

多线程中的资源共享与同步

多个线程共享同一块内存时，可能会出现“竞态条件”（Race Condition）。为避免数据混乱，我们需要使用互斥锁（Mutex）来保护临界区。

#include <stdio.h>#include <pthread.h>int counter = 0;pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;void* increment_counter(void* arg) {    for (int i = 0; i < 100000; i++) {        pthread_mutex_lock(&mutex); // 加锁        counter++;        pthread_mutex_unlock(&mutex); // 解锁    }    return NULL;}int main() {    pthread_t t1, t2;    pthread_create(&t1, NULL, increment_counter, NULL);    pthread_create(&t2, NULL, increment_counter, NULL);    pthread_join(t1, NULL);    pthread_join(t2, NULL);    printf("最终计数器值: %d\n", counter); // 应为 200000    return 0;}

常见问题与最佳实践

• 始终使用 pthread_join() 或 pthread_detach() 来回收线程资源。
• 避免在多个线程中直接操作全局变量，除非使用同步机制。
• 调试多线程程序可使用工具如 gdb 或 valgrind --tool=helgrind。

总结

通过本教程，你已经掌握了 小白学C多线程 的基础知识，包括线程创建、同步与资源共享。多线程虽然强大，但也需要谨慎使用。建议多动手实践，逐步构建更复杂的C语言多线程编程项目。

提示：本文适用于初学者，后续可深入学习线程池、条件变量、信号量等高级主题。