在 C++ 中使用带有共享变量的 pthread 进行多线程

Question

我不熟悉线程（以及 C/C++），我正在尝试使用多个线程来访问共享变量。

我主要创建了一个变量 char inputarray[100];

线程 1：该线程将以 2 字节突发从标准输入读取数据，并将它们附加到输入数组。 （通过输入文件输入）

线程 2：该线程将一次读取 1 个字节的数据，执行计算，并将其数据放入输出数组。

线程 3：该线程将以 2 字节突发的形式从输出数组中输出数据。 （标准输出）

我尝试了输入部分并通过传递结构使其工作，但想在不使用结构的情况下进行，但它给我带来了问题。

如果我能将输入记录下来，我相信我将能够使用类似的策略来完成输出。任何帮助将不胜感激。

下面是输入线程的粗略模板。

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

using namespace std;

void* input(void* arg) {
    char reading[3];
    fread(reading,1,2,stdin);

    //append to char inputarray[]..???
}

int main() {
    char inputarray[100];
    pthread_t t1;
    pthread_create(&t1, NULL, &input, &inputarray);
    void *result;
    pthread_join(t1,&result);
    return 0;
}  

Answer 1

几个问题：

1. 我认为堆栈上的数组对于共享变量来说是非常糟糕的选择，因为它具有固定的大小，并且从线程 2 和 3 中不清楚将新元素放在哪里或从哪里读取元素。我建议改用std::vector 或std::deque。 最初，您的容器是空的。然后线程 2 将一些元素推送给它。 线程 3 正在轮询（或等待条件变量）容器，一旦找到新元素 - 打印它们

2. 您必须使用互斥锁同步对共享变量的访问（考虑 pthread 互斥锁，std::mutex 或 boost::mutex）。您可能还想使用条件变量来通知线程 3 队列中的新元素。但对于初始实施，它是不需要的。

3. 您真的必须使用 pthread 原语吗？通常使用std::thread、std::mutex（如果您有现代编译器）或boost::thread、boost::mutex 否则会更容易和更安全（即异常安全）。

Answer 2

你在正确的轨道上：

请注意，pthreads 库是 C 库，因此您需要将回调声明为 C 函数：

extern "C" void* input(void* arg);

我个人会传递第一个元素的地址：

pthread_create(&t1, NULL, &input, &inputarray[0]);

这会让你的代码看起来像这样：

void* input(void* arg) {

    try
    {
       char*  inputarray    = (char*)arg;
       size_t inputLocation = 0;

       // Need to make sure you don't over run the buffer etc...
       while(!finished())
       {
          fread(&inputarray[inputLocation],1,2,stdin);
          inputLocation += 2;
       }
    }
    catch(...){} // Must not let exceptions escape a thread.
    return NULL;
}

这种风格的问题在于您将协调的责任放到了每个单独的线程中。写入线程必须检查是否结束，读取线程必须检查是否有可用数据等。所有这些都需要协调，所以现在您需要一些共享互斥锁和条件变量。

更好的选择是将责任转移到进行通信的对象中。因此，我将创建一个具有通信所需基本操作的类，然后对其方法进行适当的检查。

 class Buffer
 {
     public:
        void write(......); //
        void read(.....);   //
     private:
        // All the synchronization and make sure the two threads
        // behave nicely inside the object.
 };

 int main()
 {
       pthread_t threads[3];
       std::pair<Buffer, Buffer>   comms;
       // comms.first     inputToRead
       // comms.second    processesToOutput


       pthread_create(&threads[0], NULL, &readInput, &comms.first);   // Input
       pthread_create(&threads[1], NULL, &procInput, &comms);         // Processing
       pthread_create(&threads[2], NULL, &genOutput, &comms.second);  // Output

       void *result;
       pthread_join(threads[0],&result);
       pthread_join(threads[1],&result);
       pthread_join(threads[2],&result);

 }

附注：

除非您对数据的处理有什么非常奇怪的地方。这可能会更快地编写为单线程应用程序。