多线程编程中常用的函数库及线程控制技巧

多线程编程是一种并发编程技术，通过同时运行多个子线程来提高程序的性能和响应速度。在多线程编程中，常用的函数库及线程控制技巧有以下几种：

1. 线程的创建和销毁

在多线程编程中，常用的函数库有Pthread、Windows API等。其中，Pthread是一个跨平台的线程库，可以在Linux和Windows等不同的操作系统上使用。Windows API是Microsoft Windows操作系统所提供的一个函数库，可以实现Windows系统下的多线程编程。

在Pthread中，创建线程的函数是pthread_create()，该函数原型为：

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

这个函数将会创建一个新的线程，并且在新线程中执行start_routine()函数。最后一个参数arg是传递给start_routine()的参数。线程创建成功后，pthread_create()函数返回0，否则返回一个错误码。

在Windows API中，创建线程的函数是CreateThread()，该函数原型为：

HANDLE CreateThread(
  LPSECURITY_ATTRIBUTES   lpThreadAttributes,
  SIZE_T                  dwStackSize,
  LPTHREAD_START_ROUTINE  lpStartAddress,
  LPVOID                  lpParameter,
  DWORD                   dwCreationFlags,
  LPDWORD                 lpThreadId
);

这个函数将会创建一个新的线程，并且在新线程中执行lpStartAddress()函数。最后一个参数lpParameter是传递给lpStartAddress()的参数。线程创建成功后，CreateThread()函数将会返回一个句柄，否则返回NULL。

在多线程编程中，我们还需要掌握线程的销毁技巧。在Pthread中，线程退出的函数是pthread_exit()，该函数原型为：

void pthread_exit(void *value_ptr);

这个函数将会退出当前线程，并且返回一个指针value_ptr。如果我们不需要返回值，则可以传入NULL。

在Windows API中，线程退出的函数是ExitThread()，该函数原型为：

void ExitThread(
  DWORD dwExitCode
);

这个函数将会退出当前线程，并且返回一个dwExitCode值。

2. 线程的同步技巧

在多线程编程中，线程之间的同步非常重要。在不同的线程之间，我们需要协调它们的执行顺序，控制它们的执行状态，避免出现一些竞争条件和死锁等问题。常用的线程同步技巧有以下几种。

2.1 互斥锁

互斥锁是多线程编程中最常用的同步工具之一。它可以用来保护临界区，避免多个线程同时访问共享资源，从而避免竞争条件和数据不一致等问题。

在Pthread中，互斥锁的函数有两个，分别是pthread_mutex_init()和pthread_mutex_lock()。其中，pthread_mutex_init()函数用来初始化一个互斥锁，pthread_mutex_lock()函数用来加锁互斥锁。具体例子如下：

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

// 初始化互斥锁
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);

// 加锁互斥锁
pthread_mutex_lock(&mutex);
// ...执行临界区代码...
// 解锁互斥锁
pthread_mutex_unlock(&mutex);

在Windows API中，互斥锁的函数有两个，分别是CreateMutex()和WaitForSingleObject()。其中，CreateMutex()函数用来创建一个互斥锁，WaitForSingleObject()函数用来等待互斥锁。

具体例子如下：

HANDLE mutex = CreateMutex(NULL, FALSE, NULL);

// 等待互斥锁
WaitForSingleObject(mutex, INFINITE);
// ...执行临界区代码...
// 释放互斥锁
ReleaseMutex(mutex);

2.2 信号量

信号量是多进程和多线程编程中另一个常用的同步工具。它可以用来限制访问共享资源的数量，避免同时有大量的线程访问共享资源。

在Pthread中，信号量的函数有两个，分别是sem_init()和sem_wait()。其中，sem_init()函数用来初始化一个信号量，sem_wait()函数用来等待信号量。具体例子如下：

sem_t sem;
sem_init(&sem, 0, 1);
sem_wait(&sem);
// ...执行临界区代码...
sem_post(&sem);

在Windows API中，信号量的函数有两个，分别是CreateSemaphore()和WaitForSingleObject()。其中，CreateSemaphore()函数用来创建一个信号量，WaitForSingleObject()函数用来等待信号量。

具体例子如下：

HANDLE sem = CreateSemaphore(NULL, 1, 1, NULL);
WaitForSingleObject(sem, INFINITE);
// ...执行临界区代码...
ReleaseSemaphore(sem, 1, NULL);

3. 线程的通信技巧

在多线程编程中，线程之间的通信也是非常重要的。线程通信可以使得线程之间的数据交换和协调更加灵活和高效。常用的线程通信技巧有以下几种。

3.1 信号量

信号量不仅可以用于同步，还可以用于线程间的通信。通过设置不同的信号量值和它们的初始值，可以实现不同的线程操作。

3.2 管道

管道可以用于在不同的线程之间传输数据。通常情况下，一个线程负责写入数据到管道中，另一个线程负责从管道中读取数据。管道的特点是数据传输单向，可以是匿名管道或命名管道。

在Pthread中，可以通过pipe()函数创建一个匿名管道，示例代码如下：

int fd[2];
pipe(fd);

在Windows API中，可以通过CreatePipe()函数创建一个匿名管道，示例代码如下：

HANDLE hRead;
HANDLE hWrite;
CreatePipe(&hRead, &hWrite, NULL, 0);

3.3 共享内存

共享内存可以用于在不同的线程之间共享数据，通过映射到相同的内存区域，实现共享内存区域的访问。

在Pthread中，可以使用mmap()函数实现共享内存，示例代码如下：

int fd;
void *ptr;

fd = open("/dev/zero", O_RDWR);
ptr = mmap(NULL, size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
close(fd);

在Windows API中，可以使用CreateFileMapping()和MapViewOfFile()函数实现共享内存，示例代码如下：

HANDLE hFileMap;
LPVOID lpFileMap;

hFileMap = CreateFileMapping(INVALID_HANDLE_VALUE, NULL, PAGE_READWRITE, 0, size, NULL);
lpFileMap = MapViewOfFile(hFileMap, FILE_MAP_ALL_ACCESS, 0, 0, size);
CloseHandle(hFileMap);

以上就是多线程编程中常用的函数库及线程控制技巧，适当地应用这些技术和工具，可以使得多线程编程更加高效和灵活。