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Linux C语言线程编程入门笔记

news 2025/5/10 9:00:55

操作系统：以 Linux 为例（Ubuntu/CentOS 等主流发行版）。请确保系统已安装 GNU C 编译器（gcc）。
线程库：POSIX 线程库一般已包含在标准库中。若未安装，可以通过包管理器安装对应开发包。
编译命令：编写完成代码后，可用 gcc 编译，并加上线程选项。示例：

gcc -o myprog main.c -pthread

其中 -pthread（或 -lpthread）选项用于链接 pthread 库blog.csdn.net。例如出现 undefined reference to pthread_create 错误时，需要添加此选项。

线程基础概念

进程与线程的关系

多个线程示意图展示了同一进程中各线程共享的资源，如代码段、数据段和打开的文件等cnblogs.com。线程属于进程，一个进程可以包含一个或多个线程cnblogs.com。一般来说，进程是操作系统进行资源分配和调度的最小单位，而线程是程序执行的最小单位cnblogs.com。同一进程中的多个线程共享进程的内存空间（包括代码、数据、堆等），但各自拥有独立的寄存器和栈空间cnblogs.com。多个线程并发执行时，可以提高程序并行度，但也需要注意同步和互斥。

线程生命周期

如上图所示，线程在运行过程中会经历不同状态。通常一个线程的生命周期包括 新建 (New)、就绪 (Runnable)、运行 (Running)、阻塞/等待 (Blocked/Waiting) 和 终止 (Dead) 等阶段cnblogs.com。当调用 pthread_create() 后，线程从“新建”进入“就绪”状态；线程获得 CPU 时间后进入“运行”状态；如果线程调用 sleep()、pthread_join() 等阻塞操作，则进入“阻塞”状态。线程执行完毕或调用 pthread_exit() 后进入“终止”状态cnblogs.com。掌握这些状态转换有助于理解线程的调度行为和并发执行过程。

创建线程

要创建线程，使用 POSIX 线程库提供的 pthread_create() 函数。其原型如下：

int pthread_create(pthread_t *thread,const pthread_attr_t *attr,void *(*start_routine)(void *),void *arg);

thread：指向 pthread_t 类型变量的指针，用于保存新创建线程的 ID。
attr：线程属性，一般使用默认值 NULL。
start_routine：线程入口函数地址（函数指针）。
arg：传递给线程函数的参数，类型为 void*。

示例：创建一个线程执行简单的打印函数。

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>void* say_hello(void* arg) {printf("Hello from thread!\n");return NULL;
}int main() {pthread_t tid;// 创建线程，执行 say_hello 函数pthread_create(&tid, NULL, say_hello, NULL);// 等待线程结束pthread_join(tid, NULL);return 0;
}

以上代码中，pthread_create(&tid, NULL, say_hello, NULL); 会创建一个新线程，该线程运行 say_hello 函数。主线程在 pthread_create 之后继续往下执行（此例中主线程随后调用了 pthread_join 等待子线程结束）。

等待线程结束

创建线程后，主线程和子线程是并发执行的。有时需要主线程等待子线程完成后再继续，比如输出结果或回收资源。此时使用 pthread_join() 函数。其原型为：

int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);

第一个参数为要等待的线程 ID；
第二个参数用于获取线程函数的返回值（可为 NULL 表示不关心返回值）。

上例中 pthread_join(tid, NULL); 会阻塞主线程，直到 tid 对应的子线程执行结束并回收其资源为止。若省略 pthread_join，主线程可能在子线程完成前就退出，导致子线程被强制终止或无法正常输出结果。

线程函数和参数

线程入口函数必须符合 void* func(void* arg) 的形式。函数内参数类型为 void*，可以传递任意指针数据。在线程内部，需要根据实际类型将参数指针转换回来。例如：

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>void* print_num(void* arg) {int *p = (int*)arg;      // 转换回 int* 类型printf("num = %d\n", *p);return NULL;
}int main() {pthread_t tid;int value = 42;// 将 &value 作为参数传入线程pthread_create(&tid, NULL, print_num, &value);pthread_join(tid, NULL);return 0;
}

上例中，主线程定义了一个整数 value = 42，并将它的地址传给子线程。子线程在 print_num 函数中把 void* 参数转换为 int* 后，通过 *p 访问该值并打印。注意：被传递的数据（如 value）在子线程访问期间必须有效，如果是局部变量则不能在其作用域结束后再访问。

互斥锁与共享资源保护

多个线程同时访问共享资源（如全局变量或共享数据结构）时，容易发生竞态条件。互斥锁 (mutex) 可以用来保护关键代码区域，确保同一时间只有一个线程访问共享资源。使用方法如下：

定义一个全局互斥锁变量 pthread_mutex_t lock; 并初始化：
```
pthread_mutex_destroy(&lock);
```
在访问共享资源前调用 pthread_mutex_lock(&lock); 加锁，在访问结束后调用 pthread_mutex_unlock(&lock); 解锁。
程序结束时释放锁：

pthread_mutex_destroy(&lock);

示例：两个线程同时对全局变量 counter 进行递增操作，使用互斥锁保证结果正确：

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>int counter = 0;             // 共享资源
pthread_mutex_t lock;        // 互斥锁void* add(void* arg) {for(int i = 0; i < 100000; i++) {pthread_mutex_lock(&lock);   // 加锁counter++;pthread_mutex_unlock(&lock); // 解锁}return NULL;
}int main() {pthread_t t1, t2;pthread_mutex_init(&lock, NULL); // 初始化互斥锁pthread_create(&t1, NULL, add, NULL);pthread_create(&t2, NULL, add, NULL);pthread_join(t1, NULL);pthread_join(t2, NULL);printf("counter = %d\n", counter);pthread_mutex_destroy(&lock);    // 销毁互斥锁return 0;
}

在上例中，若不使用锁，则两个线程可能会同时读写 counter 导致丢失更新。通过加锁，每次只有一个线程进入临界区 counter++，最终输出的 counter 值才是预期的 200000。

总结

本文介绍了在 Linux 下使用 C 语言进行多线程编程的入门知识。从环境准备、编译选项，到线程基本概念（进程与线程的区别、线程生命周期）、以及线程的创建、等待和参数传递方法，都做了简单说明，并给出了最基本的代码示例。最后还演示了使用 互斥锁 来保护共享资源的示例。整体思路清晰、示例简洁，适合 C 语言初学者阅读。学习多线程编程时，要特别关注线程安全和并发问题，并熟练掌握 POSIX 线程库的常用函数。

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http://www.xdnf.cn/news/363241.html