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揭秘C语言编程：主线程如何巧妙等待子线程完成任务

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在多线程编程中，主线程等待子线程完成任务是一个常见的需求。在C语言中，有多种方式可以实现这一功能。本文将详细介绍几种在C语言中实现主线程等待子线程完成任务的方法。

1. 使用pthread_join()函数

pthread_join()函数是POSIX线程库（pthread）提供的一个函数，用于使调用该函数的线程（主线程）阻塞，直到指定的子线程结束。

1.1 函数原型

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

1.2 参数说明

  • thread：需要等待的子线程的线程标识符。
  • status：指向线程结束状态的指针。

1.3 示例代码

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

void *thread_function(void *arg) {
    printf("子线程开始工作...\n");
    sleep(2); // 模拟耗时操作
    printf("子线程工作完成。\n");
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t thread_id;
    int ret;

    ret = pthread_create(&thread_id, NULL, thread_function, NULL);
    if (ret != 0) {
        printf("创建子线程失败。\n");
        return 1;
    }

    printf("主线程等待子线程...\n");
    pthread_join(thread_id, NULL);
    printf("子线程已完成。\n");

    return 0;
}

1.4 注意事项

  • pthread_join()函数只能在调用线程的进程中调用。
  • 如果子线程已经结束，pthread_join()函数会立即返回，不会阻塞主线程。
  • 如果子线程尚未结束，调用pthread_join()函数的主线程将被阻塞，直到子线程结束。

2. 使用pthread_detach()函数

pthread_detach()函数用于使线程可被分离，即主线程不再等待该线程结束。当线程结束时，其资源将被自动释放。

2.1 函数原型

int pthread_detach(pthread_t thread);

2.2 参数说明

  • thread：需要分离的线程的线程标识符。

2.3 示例代码

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

void *thread_function(void *arg) {
    printf("子线程开始工作...\n");
    sleep(2); // 模拟耗时操作
    printf("子线程工作完成。\n");
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t thread_id;
    int ret;

    ret = pthread_create(&thread_id, NULL, thread_function, NULL);
    if (ret != 0) {
        printf("创建子线程失败。\n");
        return 1;
    }

    printf("主线程等待子线程...\n");
    pthread_detach(thread_id);
    printf("主线程继续执行。\n");

    sleep(3); // 模拟主线程的其他操作

    return 0;
}

2.4 注意事项

  • 使用pthread_detach()分离的线程，其资源将在线程结束后被自动释放，因此不需要调用pthread_join()。
  • 如果主线程在子线程之前结束，那么分离的子线程会变成孤儿线程，其资源将在系统回收时被释放。

3. 使用条件变量和互斥锁

在多线程编程中，条件变量和互斥锁可以用来协调线程之间的同步。以下是一个使用条件变量和互斥锁实现主线程等待子线程的示例。

3.1 函数原型

#include <pthread.h>

void pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex);

3.2 参数说明

  • cond：指向条件变量的指针。
  • mutex：指向互斥锁的指针。

3.3 示例代码

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

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

void *thread_function(void *arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    printf("子线程开始工作...\n");
    sleep(2); // 模拟耗时操作
    printf("子线程工作完成。\n");
    pthread_cond_signal(&cond);
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t thread_id;
    int ret;

    ret = pthread_create(&thread_id, NULL, thread_function, NULL);
    if (ret != 0) {
        printf("创建子线程失败。\n");
        return 1;
    }

    pthread_mutex_lock(&mutex);
    printf("主线程等待子线程...\n");
    pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    printf("子线程已完成。\n");

    return 0;
}

3.4 注意事项

  • 使用条件变量和互斥锁可以更灵活地实现线程间的同步。
  • 在使用条件变量之前，需要先使用互斥锁保护共享资源。
  • 在使用pthread_cond_wait()函数时，线程会自动释放互斥锁，并在条件变量满足时自动重新获取互斥锁。

总结

在C语言中，有多种方法可以实现主线程等待子线程完成任务。选择合适的方法取决于具体的应用场景和需求。本文介绍了使用pthread_join()、pthread_detach()和条件变量与互斥锁三种方法，希望能对您有所帮助。

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