C语言线程对象和线程存储的实现

C语言线程对象和线程存储的实现涉及到操作系统底层的多线程机制，一般情况下需要用到系统提供的线程库来实现。下面将从以下三个方面介绍C语言线程对象和线程存储的实现。

线程对象的实现

线程对象是描述线程的实体，跟进程一样，线程对象通常包含线程ID、状态、执行栈等信息。在Unix/Linux系统中，线程对象可以用pthread_t结构体来表示，Windows系统中，线程对象可以用HANDLE或DWORD类型来表示。

使用pthread库创建线程对象的步骤如下：

1. 包含头文件pthread.h。
2. 定义一个线程对象pthread_t类型的变量。
3. 使用pthread_create函数创建线程，该函数有四个参数，分别为线程变量、线程属性、线程函数和参数。其中，线程函数为线程的入口函数。
4. 使用pthread_join函数等待线程执行完毕并释放线程资源。

示例代码如下：

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

void *hello_thread(void *arg) {
    printf("Hello world from thread #%d\n", *((int *) arg));
    pthread_exit(NULL);
}

int main() {
    pthread_t thread1, thread2;
    int arg1 = 1, arg2 = 2;

    pthread_create(&thread1, NULL, hello_thread, &arg1);
    pthread_create(&thread2, NULL, hello_thread, &arg2);

    pthread_join(thread1, NULL);
    pthread_join(thread2, NULL);

    return 0;
}

该示例代码定义了一个hello_thread函数来作为线程的入口函数，在main函数中分别创建了两个线程thread1和thread2，并将一个整数参数传递给线程函数（int *类型），通过pthread_join函数等待线程执行完毕并释放线程资源。

线程存储的实现

线程存储是一种特殊类型的变量，它与线程对象相对应，用于存储线程的私有数据。线程存储是线程本地的，让每个线程在自己的上下文中存储数据。使用线程存储可以避免线程竞争的问题，提高程序的并发能力。

在C语言中，可以使用pthread库提供的pthread_key_create、pthread_key_delete、pthread_setspecific和pthread_getspecific等函数实现线程存储。

示例代码如下：

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

pthread_key_t key;

void my_destructor(void *value) {
    printf("thread %ld is exiting, value = %d\n", pthread_self(), (int)value);
}

void *my_thread(void *arg) {
    int value = *((int *)arg);
    pthread_setspecific(key, (void *)(long)value);
    printf("thread %ld has value %d\n", pthread_self(), value);
    sleep(1);
    pthread_exit(NULL);
}

int main() {
    pthread_t tid1, tid2;
    int arg1 = 1, arg2 = 2;

    pthread_key_create(&key, my_destructor);
    pthread_create(&tid1, NULL, my_thread, &arg1);
    pthread_create(&tid2, NULL, my_thread, &arg2);
    pthread_join(tid1, NULL);
    pthread_join(tid2, NULL);
    pthread_key_delete(key);

    return 0;
}

该示例代码定义了一个线程存储变量pthread_key_t key，创建了一个用于释放数据的回调函数my_destructor。在my_thread线程函数中，使用pthread_setspecific函数为线程设置线程存储变量，通过pthread_getspecific函数获取线程存储变量的值。

线程同步的实现

线程同步是指在多线程环境下，控制线程的执行顺序，保护共享数据不受并发访问的问题。C语言提供了多种线程同步机制，如信号量、互斥量、条件变量等。

示例代码如下：

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

pthread_mutex_t mutex1 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t cond1 = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

int flag = 0;

void *thread1(void *arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex1);
    while (flag == 0) {
        pthread_cond_wait(&cond1, &mutex1);
    }
    printf("thread 1 running\n");
    pthread_mutex_unlock(&mutex1);
    pthread_exit(NULL);
}

void *thread2(void *arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex1);
    printf("thread 2 running\n");
    flag = 1;
    pthread_cond_signal(&cond1);
    pthread_mutex_unlock(&mutex1);
    pthread_exit(NULL);
}

int main()
{
    pthread_t tid1, tid2;
    pthread_create(&tid1, NULL, thread1, NULL);
    pthread_create(&tid2, NULL, thread2, NULL);
    pthread_join(tid1, NULL);
    pthread_join(tid2, NULL);
    return 0;
}

该示例代码演示了如何使用互斥锁和条件变量来实现线程同步。线程1等待变量flag的状态变成1，线程2负责修改变量flag的值并通知线程1。在线程同步的实现中，互斥锁是用来保护变量的共享访问，条件变量是用来等待和通知线程的状态变化。