将动态分配的指针传递给 pthread 的正确方法是什么

Question

我正在编写一个程序，用于使用 pthread 执行矩阵乘法。它通过指定矩阵大小n（假设矩阵为正方形）和线程数p（假设除以n 均匀。对于 A x B，A 被水平划分为 p 个段，每个线程接收一个段作为输入，并且整个矩阵 B 并返回结果矩阵 C 的一部分。

我遇到的问题实际上与分配本身无关，而是关于 pthread 的性质的更普遍的问题，我无法找到答案。我会尽量将其剥离。我的矩阵在结构中存储为一维数组。

typedef struct matrix {
    int *matrix;
    int size;
} matrix_t

它们是这样分配的

matrix_t mtx = {
    malloc(input_size * input_size * sizeof(int)),
    input_size
};

并由函数随机填充。分区存储在一个二维数组中，其地址是从函数返回的，但以正常方式分配：

int **partitions = partitionmtx(mtx, num_threads);

int **partitionmtx(matrix_t mtx, int threads) 
{
    int partlen = mtx.size * (mtx.size / threads);
    int **parts = malloc(threads * sizeof(int));

    for(int i = 0; i < threads; ++i) {
        parts[i] = malloc(partlen * sizeof(int));
        // partitions populated...
    }

    return parts;
}

这很好用。当我将每个分区发送到一个线程时，问题就出现了。为了使线程的参数保持简单，我将它们捆绑在一起：

typedef struct operand {
    matrix_t matrix;
    int *partition;
    int partition_length;
} operand_t;

我正在像这样创建 pthread：

pthread_t threads[num_threads];
pthread_mutex_init(&mymutex, NULL);
int rc;

for(int i = 0; i < num_threads; ++i) {
    operand_t op = {matrix, partitions[i], partition_length};
    rc = pthread_create(&threads[i], NULL, partition_product, (void *)&op);
    assert(rc == 0);
}

for(int i = 0; i < num_threads; ++i) {
    rc = pthread_join(threads[i], NULL);
    assert(rc == 0);
}

转到我的功能 partition_product。我的首要任务显然是确保每个线程都获取正确的数据，所以我打印了每个线程的内容：

void* partition_product(void *args)
{
    operand_t *op = (operand_t *)args;

    pthread_mutex_lock(&mymutex);

    printf("Matrix:\n);
    printmtx(op->matrix); // This is a function I defined but its details aren't relevant here
    printf("\nPartition:" );
    for(int i = 0; i < op->partition_length; ++i)
        printf("%4d", op->partition[i]);

    pthread_mutex_unlock(&mymutex);
}

这就是我的问题所在。矩阵从线程打印没有问题。问题是所有线程，一旦我指定多个线程，例如

./threadmatrix -n 4 -p 4

全部打印相同的分区。我认为这可能是从线程打印的副作用，因此打印上的互斥锁。然后我想在原始线程和创建的线程中打印每个分区 [i] 的地址以查看发生了什么，并且似乎每个线程从创建点接收相同的地址。我正在将数据输入线程，并且似乎能够毫无问题地对其进行操作，但它们都是相同的数据。具体来说，它们总是得到最后一个分区的地址。我已经尝试了我所知道的所有好的指针实践，但如果 partitions[i] 的地址为 0x00007ffffde234，那么来自上述调用的所有 4 个线程都会打印地址 0x00007ffffde234。我在高处和低处搜索了一些解释，但一无所获。我做错了什么？

Answer 1

你的问题在这里：

operand_t op = {matrix, partitions[i], partition_length};
rc = pthread_create(&threads[i], NULL, partition_product, (void *)&op);

请注意，您在最后一个参数中传递的指针是指向位于堆栈上的op 的指针。这样做的问题是，一旦主线程完成其 for 循环的迭代，op 将被销毁，然后为循环的下一次迭代重新创建；这意味着稍后，当子线程开始运行并尝试使用该指针参数时，指针指向的operand_t 将不再有效。 （在您的情况下，所有创建的子线程都重新使用相同的堆栈内存位置，这部分解释了您所看到的行为）

为避免该问题，您需要确保传递指针的对象的生命周期足够长，以便在子线程取消引用指针以读取对象的字段时，该对象仍然有效。最简单的方法是在堆上分配对象，而不是：

operand_t * op = (operand_t *) malloc(sizeof(operand_t));
op->matrix = matrix;
op->partition = partitions[i];
op->partition_length = partition_length;
rc = pthread_create(&threads[i], NULL, partition_product, (void *)op);

唯一的（小）问题是，在使用该对象完成后，您的子线程现在将负责在它收到的operand_t * 上调用free；否则内存会泄露。