Windows下使用Dev-C++开发基于pthread.h的多线程程序实例

接下来我为你详细讲解如何在Windows下使用Dev-C++开发基于pthread.h的多线程程序实例。

准备工作

安装Dev-C++

在开始之前，我们首先需要安装Dev-C++，可以从官网 https://sourceforge.net/projects/orwelldevcpp/ 下载最新的Dev-C++安装包。

安装pthread库

接下来我们需要安装pthread库。在Windows下我们可以使用MinGW-w64工具包进行安装。

下载地址：https://sourceforge.net/projects/mingw-w64/

安装完成后在MinGW-w64的安装目录下的bin文件夹内找到mingw-w64.bat文件，双击打开。在命令行窗口输入以下命令安装pthread库：

mingw-w64-x86_64-posix-seh-gcc -v -E -x c - -mthreads < /dev/null 2>&1 | grep -q -F "_beginthreadex"

完成安装之后在C:\Program Files\mingw-w64下会出现两个子文件夹：mingw32和mingw64。如果是64位系统需要使用mingw64文件夹，如果是32位系统则需要使用mingw32文件夹。我们将使用的是mingw64文件夹下的库文件。在该目录下找到lib文件夹中的pthreadGC2.dll和libpthreadGC2.a两个文件，并将其拷贝到Dev-C++安装目录下的lib文件夹中。

配置编译器

打开Dev-C++，依次点击菜单栏上的Tools -> Compiler Options，在弹出的窗口中选择General选项卡，在"Programs"栏中选择"Executable Path"，将其中的路径修改为MinGW-w64的bin目录，比如"C:\Program Files\mingw-w64\x86_64-8.1.0-posix-seh-rt_v6-rev0\mingw64\bin"。

接着选择"Directories"选项卡，在"Include Directories"中添加pthread的头文件目录，这里我的路径是"C:\Program Files\mingw-w64\x86_64-8.1.0-posix-seh-rt_v6-rev0\mingw64\x86_64-w64-mingw32\include"。

最后在"Linker"选项卡中，在"Libraries"栏中添加"pthread"库，这里我的路径是"C:\Dev-Cpp\lib\libpthreadGC2.a"。

第一个示例程序

功能说明

第一个示例程序是一个简单的并行计算，它创建10个线程，每个线程计算从1到100的和，最终把所有线程计算结果加起来输出。

代码示例

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

#define THREAD_COUNT 10 // 线程数量
#define PER_THREAD_COUNT 10 // 每个线程计算的次数

void *thread_func(void *argp)
{
    int *ret_value = (int *)malloc(sizeof(int));
    *ret_value = 0;
    int index = *(int *)argp;

    int start = PER_THREAD_COUNT * index + 1;
    int end = PER_THREAD_COUNT * (index + 1);

    for (int i = start; i <= end; i++)
    {
        *ret_value += i;
    }
    return (void *)ret_value;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    int sum = 0;
    pthread_t threads[THREAD_COUNT];
    void *retvals[THREAD_COUNT];

    for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++)
    {
        int *argp = (int *)malloc(sizeof(int));
        *argp = i;
        pthread_create(&threads[i], NULL, thread_func, (void *)argp);
    }

    for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++)
    {
        pthread_join(threads[i], &retvals[i]);
        sum += *(int *)retvals[i];
        free(retvals[i]);
    }

    printf("Sum is %d\n", sum);

    return 0;
}

代码说明

代码中创建了一个thread_func函数作为线程执行函数，在函数中传入计算的起始值和终止值参数，计算从起始值到终止值的和，并将其存储在堆上分配的内存中，最后返回这个内存地址。在主函数中利用pthread_create创建多个线程，利用pthread_join等待线程结束，最终将所有线程计算值的和输出。

第二个示例程序

功能说明

第二个示例程序是一个简单的生产者-消费者模型，它利用条件变量和互斥锁来实现生产和消费的同步。

代码示例

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

#define BUFFER_SIZE 10
int buffer[BUFFER_SIZE];    // 缓冲区
int current_pos = 0;        // 当前缓冲区位置
int product_num = 0;        // 待生产产品数量
int consume_num = 0;        // 已消费产品数量

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;    // 互斥锁
pthread_cond_t produce_cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;    // 生产者条件变量
pthread_cond_t consume_cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;    // 消费者条件变量

// 生产者线程
void *producer_thread(void *param)
{
    while (product_num >= 0)
    {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        while (current_pos == BUFFER_SIZE)
        {
            // 等待消费者消费
            pthread_cond_wait(&consume_cond, &mutex);
        }

        buffer[current_pos] = product_num;
        printf("Producer[%d] puts %d at position %d\n", pthread_self(), product_num, current_pos);
        current_pos++;
        product_num++;

        pthread_cond_signal(&produce_cond);    // 唤醒消费者
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        sleep(1);
    }

    return NULL;
}

// 消费者线程
void *consumer_thread(void *param)
{
    while (consume_num < product_num)
    {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        while (current_pos == 0)
        {
            // 等待生产者生产
            pthread_cond_wait(&produce_cond, &mutex);
        }

        int value = buffer[current_pos - 1];
        printf("Consumer[%d] gets %d from position %d\n", pthread_self(), value, current_pos - 1);
        current_pos--;
        consume_num++;

        pthread_cond_signal(&consume_cond);    // 唤醒生产者
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        sleep(1);
    }

    return NULL;
}

int main(int argc, char **argv)
{
    pthread_t producer_tid, consumer_tid;

    // 创建生产者线程和消费者线程
    pthread_create(&producer_tid, NULL, producer_thread, NULL);
    pthread_create(&consumer_tid, NULL, consumer_thread, NULL);

    // 等待生产者和消费者线程结束
    pthread_join(producer_tid, NULL);
    pthread_join(consumer_tid, NULL);

    printf("All done!\n");

    return 0;
}

代码说明

代码中创建了一个生产者线程和一个消费者线程，生产者线程每秒生产一个产品并将其存入缓冲区中，消费者线程每秒取出一个产品并将其从缓冲区中移除。在开始时，product_num的值为0，代表生产者需要生产的产品数量；consume_num的值为0，代表消费者已经消费的产品数量。缓冲区的大小为10。

当生产者线程生产完一个产品后，将其放入缓冲区中，并将current_pos加1。如果缓冲区已满，则生产者线程进入等待状态，等待消费者线程消费完一个产品后唤醒。当消费者线程取出一个产品后，将其从缓冲区中移除，并将current_pos减1。如果缓冲区为空，则消费者线程进入等待状态，等待生产者线程生产一个新产品后唤醒。

需要注意的是，在访问缓冲区时需要加锁(mutex)，以保证每个线程访问缓冲区的唯一性；在等待条件变量时需要解锁(mutex)，以便其他线程可以访问和修改缓冲区的元素。在某个线程修改缓冲区的元素时，该线程需要修改current_pos的值，并将mutex解锁，以使其他线程能够访问缓冲区的元素。在线程执行完毕之后，需要调用pthread_join等待线程结束，并释放线程的资源。