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揭秘C语言线程间如何高效传递类实例，实现跨线程数据共享与同步

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在C语言中，由于没有内置的类和对象的概念，实现类似于面向对象编程中的类实例的线程间传递和同步需要借助其他机制。以下将详细介绍如何在C语言中实现这一目标。

线程间数据传递

在C语言中，线程间数据传递通常通过以下几种方式实现：

1. 使用全局变量

最简单的方式是通过全局变量来共享数据。但是，这种方法不适用于多线程环境，因为它可能导致数据竞争和不一致。

#include <pthread.h>

int shared_data;

void *thread_function(void *arg) {
    // 访问和修改 shared_data
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t thread_id;
    pthread_create(&thread_id, NULL, thread_function, NULL);
    pthread_join(thread_id, NULL);
    return 0;
}

2. 使用线程局部存储（Thread Local Storage, TLS）

TLS允许每个线程拥有自己独立的数据副本。在C11标准中，可以使用thread_local关键字来定义线程局部变量。

#include <pthread.h>

thread_local int thread_data;

void *thread_function(void *arg) {
    // thread_data 只在当前线程可见
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t thread_id;
    pthread_create(&thread_id, NULL, thread_function, NULL);
    pthread_join(thread_id, NULL);
    return 0;
}

3. 使用线程间通信机制

在POSIX线程（pthread）中，可以使用以下几种机制来实现线程间的数据传递：

1. 管道（Pipes）

管道是一种简单的线程间通信机制，允许线程之间通过读写操作来传递数据。

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

void *producer(void *arg) {
    int pipe_fd = *(int *)arg;
    char *message = "Hello, World!";
    write(pipe_fd, message, strlen(message));
    return NULL;
}

void *consumer(void *arg) {
    int pipe_fd = *(int *)arg;
    char buffer[100];
    read(pipe_fd, buffer, sizeof(buffer));
    printf("Received: %s\n", buffer);
    return NULL;
}

int main() {
    int pipe_fds[2];
    if (pipe(pipe_fds) == -1) {
        perror("pipe");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    pthread_t producer_thread, consumer_thread;
    pthread_create(&producer_thread, NULL, producer, &pipe_fds[1]);
    pthread_create(&consumer_thread, NULL, consumer, &pipe_fds[0]);

    pthread_join(producer_thread, NULL);
    pthread_join(consumer_thread, NULL);

    close(pipe_fds[0]);
    close(pipe_fds[1]);
    return 0;
}

2. 信号量（Semaphores）

信号量用于线程间的同步，也可以用来传递数据。

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

pthread_mutex_t lock;
pthread_cond_t cond;
int shared_data;

void *producer(void *arg) {
    pthread_mutex_lock(&lock);
    shared_data = 1; // 设置共享数据
    pthread_cond_signal(&cond); // 通知消费者
    pthread_mutex_unlock(&lock);
    return NULL;
}

void *consumer(void *arg) {
    pthread_mutex_lock(&lock);
    while (shared_data != 1) {
        pthread_cond_wait(&cond, &lock);
    }
    printf("Received: %d\n", shared_data);
    pthread_mutex_unlock(&lock);
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t producer_thread, consumer_thread;
    pthread_mutex_init(&lock, NULL);
    pthread_cond_init(&cond, NULL);

    pthread_create(&producer_thread, NULL, producer, NULL);
    pthread_create(&consumer_thread, NULL, consumer, NULL);

    pthread_join(producer_thread, NULL);
    pthread_join(consumer_thread, NULL);

    pthread_mutex_destroy(&lock);
    pthread_cond_destroy(&cond);
    return 0;
}

总结

在C语言中，实现线程间高效传递类实例并实现跨线程数据共享与同步需要使用一些特殊的机制。通过使用全局变量、线程局部存储、管道和信号量等工具，可以有效地在多线程环境中共享和同步数据。选择合适的机制取决于具体的应用场景和需求。

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