多線程編程中的pthread_create函數詳解

一、概述

在多線程編程中，pthread_create是一個十分重要的函數，它用於創建一個新的線程，並在新線程中執行一個用戶指定的函數。本篇文章將從以下幾個方面對pthread_create函數進行詳細闡述：

二、函數簽名

pthread_create函數的函數簽名如下所示：

#include <pthread.h>
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,
                   void *(*start_routine)(void*), void *arg);

參數解釋：

1. thread：指向用於存儲新線程ID的pthread_t類型變數的指針。
2. attr：指向pthread_attr_t類型變數的指針，其中包含有關新線程的屬性信息。如果使用可默認屬性，則應將該參數設置為NULL。
3. start_routine：指向要在新線程中執行的函數的指針。該函數必須具有以下格式：void *func(void *arg)。它接受一個指向void類型的指針，並返回一個指向void類型的指針。
4. arg：將傳遞給start_routine的參數。它可以為NULL。

三、函數用法

使用pthread_create函數創建一個新線程非常簡單。首先，必須聲明一個pthread_t類型的變數來保存新線程的ID。

pthread_t thread_id;

然後，必須調用pthread_create函數並將變數thread_id的地址作為參數。在函數調用期間，必須指定要作為新線程運行的函數（start_routine）和要傳遞給該函數的參數（arg）。如果不需要指定特殊線程屬性，可以將第二個參數設置為NULL。

void *my_thread_function(void *arg) {
  // Do something here
}

int main() {
  int value = 1;
  pthread_t thread_id;
  pthread_create(&thread_id, NULL, my_thread_function, &value);
  // ...
  return 0;
}

此代碼將創建一個新線程並將其ID存儲在thread_id中。該線程將通過調用my_thread_function函數來運行，同時my_thread_function函數將接收一個指向int值的指針。在本例中，我們將該參數設置為指向值1的指針。

四、函數返回值

pthread_create函數返回0表示成功創建了新線程。如果返回的是任何其他值，則表示出現了錯誤。在這種情況下，可以使用函數errno來確定錯誤類型。

五、線程屬性

phtread_create函數可以使用線程屬性，來設置新線程的一些屬性信息。可以使用pthread_attr_init函數來初始化一個默認屬性：

pthread_attr_t attr;
pthread_attr_init(&attr);

線程屬性有多個選項可用，包括線程棧大小、調度策略和優先順序等。設置不同的屬性可以改變線程的運行行為。

六、線程取消

控制或終止線程的執行是多線程編程中的重要問題。phtread_create函數創建的線程可以使用pthread_cancel函數來直接取消。一旦取消了一個線程，該線程將立即停止，並且不會繼續運行。

pthread_cancel(thread_id);

在線程代碼中，可以使用pthread_setcancelstate函數來設置線程是否可以被取消，以及何時可以被取消：

pthread_setcancelstate(PTHREAD_CANCEL_ENABLE, NULL);
pthread_setcanceltype(PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS, NULL);

在這個例子中，線程允許被取消，並且取消的請求立即生效。線程可以使用pthread_testcancel函數來檢查取消請求的狀態。

七、線程同步

多線程應用程序中，需要考慮線程同步問題，以確保線程間相互影響最小化，從而提高程序的運行性能和可靠性。可以使用互斥鎖、條件變數等機制來保證線程同步。

八、互斥鎖

互斥鎖可以確保一次只有一個線程訪問共享資源。通常情況下，需要先初始化互斥鎖，然後在需要訪問共享資源的代碼塊中加鎖，代碼塊執行完畢後再解鎖互斥鎖。

pthread_mutex_t my_mutex;
pthread_mutex_init(&my_mutex, NULL);
pthread_mutex_lock(&my_mutex);
// 訪問共享資源
pthread_mutex_unlock(&my_mutex);

九、條件變數

條件變數用於線程間的等待和通知，可以通過條件變數來監視共享變數。當共享變數的值發生變化時，可以使用條件變數通知等待線程，從而避免線程不必要的輪詢。

pthread_cond_t my_cond;
pthread_cond_init(&my_cond, NULL);
while (not_ready) {
  pthread_cond_wait(&my_cond, &my_mutex);
}

在這個例子中，正在等待變數not_ready變為false。如果它是真的，線程將等待條件滿足並鎖定my_mutex互斥鎖。一旦滿足條件，可以調用pthread_cond_signal來通知等待線程：

pthread_mutex_lock(&my_mutex);
not_ready = false;
pthread_cond_signal(&my_cond);
pthread_mutex_unlock(&my_mutex);

十、總結

pthread_create函數是多線程編程中的一個重要函數，它可以創建新的線程，並在其中運行指定的函數。線程同步是多線程編程中的重要問題，需要使用互斥鎖和條件變數等機制來解決。使用pthread_cancel函數可以直接取消正在運行的線程。