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C語言線程對象和線程存儲

當每個線程為各自的變量使用全局標識符時,為保留這些變量各自的數據,可以采用線程對象(thread-local object)和線程存儲(thread-specific storage)。

這兩項技術允許在一個給定線程中執行的函數可以共享數據而不造成沖突,即便當其他線程也在執行同樣函數的情況下。

使用線程對象

線程對象是在聲明中包含新存儲類修飾符 _Thread_local 的全局或靜態對象。這意味著:每一個線程擁有屬于自己的線程對象實例,它在線程啟動時創建并初始化。對象的存儲周期等于線程的運行時間。在一個線程內表達式里面的線程對象名,將引用這個對象在當前線程下的本地實例。

修飾符 _Thread_local 可以與修飾符 static 或 extern 同時使用。頭文件 threads.h 定義了 thread_local 作為 _Thread_local 的同義詞。在例 1 中,主線程和新啟動線程各自擁有線程本地變量 var 的一個實例。

【例1】使用一個線程對象
#include <stdio.h>
#include <threads.h>

thread_local int var = 10;

void print_var(void){ printf("var = %d\n", var); }
int func(void *);               // 線程函數

int main(int argc, char *argv[])
{
    thrd_t th1;
    if ( thrd_create( &th1, func, NULL ) != thrd_success ){
      fprintf(stderr,"Error creating thread.\n"); return 0xff;
    }
    print_var();                // 輸出:var = 10
    thrd_join(th1, NULL);
    return 0;
}

int func(void *arg)             // 線程函數
{
    var += 10;                  // 線程本地變量
    print_var();                // 輸出:var = 20
    return 0
}

使用線程存儲

線程存儲技術要比線程對象更加靈活。例如,獨立線程可以使用不同大小的內存。它們可以動態地分配內存,并通過調用析構函數再次釋放內存。同時,可以使用相同的標識符訪問這些獨立線程所在的不同內存區域。

這種靈活性通過初始創建一個全局的鍵(key)實現,該鍵表示了一個指向線程存儲的指針。然后,獨立線程通過指定其線程存儲的位置加載這個指針。該全局鍵值是類型為 tss_t 的對象。頭文件 threads.h 包含了該類型的定義以及 4 個用于管理線程存儲(簡稱 TSS)函數的聲明:

int tss_create(tss_t*key,tss_dtor_t dtor);
通過析構函數 dtor 生成一個新的 TSS 指針,并且將 key 引用的對象設置為唯一標識該 TSS 指針的值。類型 tss_dtor_t 是一個函數指針,定義為 void(*)(void*)(它指的是一個函數指針,該函數參數為 void 指針,并且該函數沒有返回值)。dtor 的返回值可以是一個空指針。

void tss_delete(tss_t key);
釋放 TSS 鍵 key 所使用的所有資源。

int tss_set(tss_t key,void*val);
對于調用 tss_set()的線程,將 key 所標識的 TSS 指針設置為 val 所引用的內存地址。

void*tss_get(tss_t key);
返回指向內存塊的指針,該內存塊為正在調用的線程通過函數 tss_set()設置。如果發生錯誤,tss_get()返回 NULL。

如果函數 tss_create()和 tss_set()發生錯誤,則返回 thrd_error;否則,返回 thrd_success。

例 2 中的程序在動態分配的線程存儲中,保留線程的名稱。

【例2】使用線程存儲
#include <threads.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

tss_t key;                              // 用于TSS指針的全局鍵

int thFunc(void *arg);          // 線程函數
void destructor(void *data);    // 析構函數

int main(void)
{
    thrd_t th1, th2;
    int result1 = 0, result2 = 0;
    // 創建一個TSS密鑰
    if (tss_create(&key, destructor) != thrd_success)
      return -1;
    // 創建線程
    if (thrd_create(&th1, thFunc, "Thread_1") != thrd_success
         || thrd_create(&th2, thFunc, "Thread_2") != thrd_success)
        return -2;

    thrd_join(th1, &result1); thrd_join(th2, &result2);
    if ( result1 != 0 || result2 != 0 )
       fputs("Thread error\n", stderr);
    else
       puts("Threads finished without error.");

    tss_delete(key);            // 釋放TSS指針所有的資源
    return 0;
}

void print(void)                // 顯示線程存儲
{
  printf( "print: %s\n", (char*)tss_get(key) );
}

int thFunc( void *arg )
{
   char *name = (char*)arg;
   size_t size = strlen(name)+1;

   // 設置線程存儲
   if ( tss_set(key, malloc(size)) != thrd_success )
      return -1;
   // 存儲數據
   strcpy((char*)tss_get(key), name);
   print();
   return 0;
}

void destructor(void *data)
{
  printf("Destructor for %s\n", (char*)data);
  free(data);           // 釋放內存
}

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