#include <pthread.h>

<pthread.h> 是 POSIX 线程（Pthreads） 的标准头文件，用于 多线程编程。它提供了创建、同步和管理线程的函数，是 Linux/Unix 系统下多线程开发的核心库。

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1. 核心功能

功能	关键函数	用途
线程创建	pthread_create()	创建新线程
线程终止	pthread_exit(), pthread_cancel()	终止当前线程或指定线程
线程同步	pthread_mutex_*, pthread_cond_*	互斥锁、条件变量
线程连接	pthread_join()	等待线程结束并获取返回值
线程属性	pthread_attr_*	设置线程属性（如栈大小、分离状态）

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2. 详细函数解析

2.1 线程创建与管理

(1) pthread_create() - 创建线程

int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,
                   void *(*start_routine)(void *), void *arg);

• 参数：

  • thread：存储新线程 ID。
  • attr：线程属性（NULL 表示默认）。
  • start_routine：线程入口函数（返回 void*，参数 void*）。
  • arg：传递给 start_routine 的参数。

• 返回值：

  • 成功：0。
  • 失败：错误码（非 errno）。

• 示例：

  #include <pthread.h>
  #include <stdio.h>
  
  void* print_hello(void *arg) {
      printf("Hello from thread! Arg: %d\n", *(int*)arg);
      return NULL;
  }
  
  int main() {
      pthread_t tid;
      int arg = 42;
      pthread_create(&tid, NULL, print_hello, &arg);
      pthread_join(tid, NULL); // 等待线程结束
      return 0;
  }

(2) pthread_exit() - 线程退出

void pthread_exit(void *retval);

• 功能：终止当前线程，retval 可被 pthread_join() 捕获。
• 注意：main() 中调用会导致进程退出（除非其他线程在运行）。

(3) pthread_cancel() - 取消线程

int pthread_cancel(pthread_t thread);

• 问题：目标线程需在可取消点（如 sleep()）才能终止。

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2.2 线程同步

(1) 互斥锁（Mutex）

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; // 静态初始化
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t *attr);
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

• 示例：

  pthread_mutex_t mutex;
  
  void* thread_func(void *arg) {
      pthread_mutex_lock(&mutex);
      printf("Critical section\n");
      pthread_mutex_unlock(&mutex);
      return NULL;
  }
  
  int main() {
      pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
      pthread_t tid;
      pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL);
      pthread_join(tid, NULL);
      pthread_mutex_destroy(&mutex);
      return 0;
  }

(2) 条件变量（Condition Variable）

pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond); // 唤醒一个线程
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond); // 唤醒所有线程

• 典型用途：生产者-消费者模型。

• 示例：

  pthread_mutex_t mutex;
  pthread_cond_t cond;
  int data_ready = 0;
  
  void* consumer(void *arg) {
      pthread_mutex_lock(&mutex);
      while (!data_ready) {
          pthread_cond_wait(&cond, &mutex); // 自动释放锁并等待
      }
      printf("Consumed data\n");
      pthread_mutex_unlock(&mutex);
      return NULL;
  }
  
  void* producer(void *arg) {
      pthread_mutex_lock(&mutex);
      data_ready = 1;
      pthread_cond_signal(&cond); // 通知消费者
      pthread_mutex_unlock(&mutex);
      return NULL;
  }

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2.3 线程连接与分离

(1) pthread_join() - 等待线程结束

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

• 功能：阻塞当前线程，直到 thread 终止，retval 接收返回值。
• 注意：线程必须是非分离的（joinable）。

(2) pthread_detach() - 分离线程

int pthread_detach(pthread_t thread);

• 功能：线程终止后自动释放资源，不可再 pthread_join()。

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3. 线程属性

设置线程栈大小

pthread_attr_t attr;
pthread_attr_init(&attr);
pthread_attr_setstacksize(&attr, 1024 * 1024); // 1MB 栈
pthread_t tid;
pthread_create(&tid, &attr, thread_func, NULL);
pthread_attr_destroy(&attr);

分离状态

pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);

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4. 完整示例

多线程计算数组和

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

#define ARRAY_SIZE 10
int array[ARRAY_SIZE] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
int sum = 0;
pthread_mutex_t mutex;

void* sum_part(void *arg) {
    int start = *(int*)arg;
    int partial_sum = 0;
    for (int i = start; i < start + 5; i++) {
        partial_sum += array[i];
    }
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    sum += partial_sum;
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t t1, t2;
    int start1 = 0, start2 = 5;
    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
    pthread_create(&t1, NULL, sum_part, &start1);
    pthread_create(&t2, NULL, sum_part, &start2);
    pthread_join(t1, NULL);
    pthread_join(t2, NULL);
    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    printf("Total sum: %d\n", sum); // 输出 55
    return 0;
}

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5. 注意事项

1. 错误处理：
   • Pthreads 函数返回错误码（非 errno），需用 strerror() 打印。
2. 资源泄漏：
   • 忘记 pthread_join() 或 pthread_detach() 会导致僵尸线程。
3. 死锁风险：
   • 确保互斥锁在所有分支（如 return 前）解锁。
4. 性能考量：
   • 线程创建开销大，考虑使用线程池。

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6. 总结

<pthread.h> 的核心用途：

1. 线程生命周期管理：
   • pthread_create(), pthread_exit(), pthread_join()。
2. 同步机制：
   • 互斥锁（pthread_mutex_*）、条件变量（pthread_cond_*）。
3. 高级控制：
   • 线程属性（栈大小、分离状态）。

适用于 高并发服务器、并行计算、实时系统。