互斥锁，条件变量，信号量的三个小demo

仨demo

一、 一个线程读文件，另一个线程将读取的内容输出到终端

1.1 要求

• 创建两个线程，
• 其中一个线程读取文件中的数据，
• 另外一个线程将读取到的内容打印到终端上，
• 类似实现cat一个文件。
  • cat数据完毕后，要结束两个线程。
• 提示：先读数据，读到数据后将数据打印到终端上。

1.2 代码实现

/*
创建两个线程，
其中一个线程读取文件中的数据，
另外一个线程将读取到的内容打印到终端上，
类似实现cat一个文件。cat数据完毕后，要结束两个线程。
提示：先读数据，读到数据后将数据打印到终端上。
*/
#include <my_head.h>//  用于暂存的存储
char buff[16];
//  用于接收返回值，读取的字节数
ssize_t res;//  创建互斥锁
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
//  创建条件变量
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
int flag = 0;//  读文件
void *read_file(void *);//  写到终端
void *write_out(void *);int main(int argc, const char *argv[])
{//  以只读的方式打开 “abc.c” 文件//  可以换，也可以换成外部参数，按自己需求int fd = open("abc.c", O_RDONLY);//  创建线程1，用于读文件，并将文件描述符传过去pthread_t tid1;if (pthread_create(&tid1, NULL, read_file, &fd) != 0){fprintf(stderr, "pthread_create tid1 error\n");return -1;}//  创建线程2，用于写到终端pthread_t tid2;if (pthread_create(&tid2, NULL, write_out, NULL) != 0){fprintf(stderr, "pthread_create tid2 error\n");return -1;}//  等待两个线程结束pthread_join(tid1, NULL);pthread_join(tid2, NULL);return 0;
}//  读文件
void *read_file(void *arg)
{//  接收传进来的文件描述符int fd = *(int *)arg;while (1){//  上锁pthread_mutex_lock(&mutex);//  若标志不是0，说明不该当前线程执行，所以要沉睡if (0 != flag){//  不是当前线程的执行时机pthread_cond_wait(&cond, &mutex);}//  清空暂存数据的存储空间bzero(buff, sizeof(buff));//  读取文件中的数据放到暂存空间res = read(fd, buff, sizeof(buff));//  读取错误则报错，并退出线程if (0 > res){ERR_MSG("read error");return NULL;}//  读到最后啥都没读到，那就尝试唤醒另一个，然后解锁结束循环，之后终止线程else if (0 == res){//  尝试唤醒另一个线程pthread_cond_signal(&cond);//  解锁pthread_mutex_unlock(&mutex);break;}//  修改标志flag = 1;//  当前部分执行完了，该唤醒另一个了pthread_cond_signal(&cond);//  解锁pthread_mutex_unlock(&mutex);}//  终止当前线程pthread_exit(NULL);
}//  写到终端
void *write_out(void *arg)
{while (1){//  上锁pthread_mutex_lock(&mutex);//  看是否属于当前该执行的时机if (1 != flag){//  不属于当前该执行的时机，那就睡过去吧pthread_cond_wait(&cond, &mutex);}//  没东西可以输出，尝试唤醒另一个，并解锁，然后终止当前线程if (0 == res){//  尝试唤醒另一个线程pthread_cond_signal(&cond);//  解锁pthread_mutex_unlock(&mutex);break;}//  向终端输出write(1, buff, res);//  修改标志flag = 0;//  当前任务执行完了，该让另一个线程启动了pthread_cond_signal(&cond);//  解锁pthread_mutex_unlock(&mutex);}//  终止当前线程pthread_exit(NULL);
}

二、 三个线程打印ABC，每个线程打一个字符，且顺序不变

2.1 要求

• 有三个线程，ID号分别为ABC，且每个线程中都在循环打印自己的ID。
  • 要求打印的结果为ABC。

2.2 代码实现

/*
有三个线程，ID号分别为ABC，且每个线程中都在循环打印自己的ID。要求打印的结果为ABC。
*/
#include <my_head.h>//  互斥锁
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
//  条件变量
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
//  标志:0为A，1位B，2为C
int flag = 0;//  线程A
void *print_A(void *);
//  线程B
void *print_B(void *);
//  线程C
void *print_C(void *);int main(int argc, const char *argv[])
{//  创建三个线程pthread_t tid1;pthread_t tid2;pthread_t tid3;if (pthread_create(&tid1, NULL, print_A, NULL) != 0){fprintf(stderr, "pthread_create A error\n");return -1;}if (pthread_create(&tid2, NULL, print_B, NULL) != 0){fprintf(stderr, "pthread_create A error\n");return -1;}if (pthread_create(&tid3, NULL, print_C, NULL) != 0){fprintf(stderr, "pthread_create A error\n");return -1;}//  等待三个线程结束pthread_join(tid1, NULL);pthread_join(tid2, NULL);pthread_join(tid3, NULL);return 0;
}//  线程A
void *print_A(void *arg)
{while (1){//  上锁pthread_mutex_lock(&mutex);//  判断是否是输出A的时机if (flag == 0){//  是输出A的时机，输出A，然后将标志改为1准备输出B，之后唤醒其他线程printf("A");flag = 1;//  唤醒其他线程pthread_cond_signal(&cond);}//  不是输出A的时机else{//  直接进入休眠pthread_cond_wait(&cond, &mutex);}//  解锁pthread_mutex_unlock(&mutex);}//  结束当前线程(虽然死循环，不会结束线程，但是为了规范点，还是写上)pthread_exit(NULL);
}
//  线程B
void *print_B(void *arg)
{while (1){//  上锁pthread_mutex_lock(&mutex);//  判断是否是输出B的时机if (flag == 1){//  是输出B的时机，输出B，然后将标志改为2准备输出C，之后唤醒其他线程printf("B");flag = 2;//  唤醒其他线程pthread_cond_signal(&cond);}//  不是输出B的时机else{//  直接进入休眠pthread_cond_wait(&cond, &mutex);}//  解锁pthread_mutex_unlock(&mutex);}//  结束当前线程(虽然死循环，不会结束线程，但是为了规范点，还是写上)pthread_exit(NULL);
}
//  线程C
void *print_C(void *arg)
{while (1){//  上锁pthread_mutex_lock(&mutex);//  判断是否是输出C的时机if (flag == 2){//  是输出C的时机，输出C，然后将标志改为0准备输出A，之后唤醒其他线程printf("C\n");flag = 0;//  唤醒其他线程pthread_cond_signal(&cond);}//  不是输出C的时机else{//  直接进入休眠pthread_cond_wait(&cond, &mutex);}//  解锁pthread_mutex_unlock(&mutex);}//  结束当前线程(虽然死循环，不会结束线程，但是为了规范点，还是写上)pthread_exit(NULL);
}

三、 用信号量实现一个线程对字符串逆置，另一线程对字符串输出

3.1 要求

• 要求定义一个全局变量 char buf[] = “1234567”，创建两个线程，不考虑退出条件。
• A线程循环打印buf字符串，
• B线程循环倒置buf字符串，
• 即buf中本来存储1234567，倒置后buf中存储7654321.
  • B线程中不打印！！
  • 倒置不允许使用辅助数组。
  • 要求A线程打印出来的结果只能为 1234567 或者 7654321
  • 不允许出现7634521 7234567
  • 不允许使用sleep函数
  • 用信号量的方式实现上述代码顺序执行，不允许使用flag;

3.2 代码实现

/*
要求定义一个全局变量 char buf[] = "1234567"，创建两个线程，不考虑退出条件。
A线程循环打印buf字符串，
B线程循环倒置buf字符串，
即buf中本来存储1234567，倒置后buf中存储7654321.B线程中不打印！！倒置不允许使用辅助数组。要求A线程打印出来的结果只能为 1234567  或者  7654321不允许出现7634521  7234567不允许使用sleep函数分析出现错误的原因。用信号量的方式实现上述代码顺序执行，不允许使用flag;
*/
#include <my_head.h>//  俩信号量
sem_t sem1;
sem_t sem2;//  数据
char buff[] = "1234567";//  输出线程
void *print_str(void *arg);
//  逆置线程
void *turn_str(void *arg);int main(int argc, const char *argv[])
{/*这俩信号量第一个初始化为1，第二个初始化为0能够保证是先进行线程1，即输出线程，后进行线程2，即逆置线程而在输出线程中先获取信号量1，操作执行完再释放信号量2，(注意是释放信号量2)因为信号量1的初始值为1，所以只会执行一次线程1信号量2的初始值为0，在线程1中释放信号量2后变成了1，这样可以执行一次线程2在逆置线程中也是同理先获取线程1中释放的信号量2，操作执行完再释放信号量1获取线程1释放的信号量2，而信号量2只够线程2执行一次，在线程2操作执行完后释放信号量1，可以让线程1能够再次执行1次，如此往复*///  信号量初始化为1，也就是在这个信号量下初始只能走一个线程if (sem_init(&sem1, 0, 1) < 0){ERR_MSG("sem_init");return -1;}//  信号量初始化为0，也就是初始的时候没有可用的信号量if (sem_init(&sem2, 0, 0) < 0){ERR_MSG("sem_init");return -1;}//  创建俩线程pthread_t tid1;pthread_t tid2;if (pthread_create(&tid1, NULL, print_str, NULL) != 0){fprintf(stderr, "pthread_create tid1 error\n");return -1;}if (pthread_create(&tid2, NULL, turn_str, NULL) != 0){fprintf(stderr, "pthread_create tid2 error\n");return -1;}//  等待两个线程结束pthread_join(tid1, NULL);pthread_join(tid2, NULL);return 0;
}//  输出线程
void *print_str(void *arg)
{while (1){//  P操作if (sem_wait(&sem1) < 0){ERR_MSG("print_str sem_wait");return NULL;}//  要执行的操作printf("%s\n", buff);//  V操作if (sem_post(&sem2) < 0){ERR_MSG("print_str sem_post");return NULL;}}//  结束当前线程(虽然死循环，不会结束线程，但是为了规范点，还是写上)pthread_exit(NULL);
}
//  逆置线程
void *turn_str(void *arg)
{int len = strlen(buff);while (1){//  P操作if (sem_wait(&sem2) < 0){ERR_MSG("print_str sem_wait");return NULL;}//  要执行的操作char *s = buff, *s1 = buff + len - 1;//  翻转while (s < s1){(*s) ^= (*s1);(*s1) ^= (*s);(*s) ^= (*s1);s++;s1--;}//  V操作if (sem_post(&sem1) < 0){ERR_MSG("print_str sem_post");return NULL;}}//  结束当前线程(虽然死循环，不会结束线程，但是为了规范点，还是写上)pthread_exit(NULL);
}