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第1关：创建线程
任务描述
通常我们编写的程序都是单进程，如果在一个进程中没有创建新的线程，则这个单进程程序也就是单线程程序。本关我们将介绍如何在一个进程中创建多个线程。
本关任务：学会使用
C语言在Linux系统中使用pthread_create库函数创建一个新的线程。相关知识
通常我们编写的程序都是单线程程序，单线程的程序都是按照一定的顺序按序的执行。有些情况下，我们需要在一个进程中同时执行多个控制流程，这时候线程就派上了用场。例如，我们需要实现一个在线音乐播放器，一方面我们在线播放用户选中的音乐，另一方面又需要同时下载曲子，这些任务需要同时被执行，而不是按序一个一个的执行，这样才会使得用户一边播放音乐，一边下载自己喜欢的曲子。针对以上需求，我们可以用多线程实现，一个线程专门在线播放用户选中的音乐，另外一个线程专门用户下载曲子。
通常，一个进程只包含一个线程，我们把这个线程叫做主线程，例如
main函数就是一个主线程。如果在主线程里创建多个线程，那么程序就会在创建线程的地方产生分支，变成了多个程序来同时运行。这似乎和我们以前学习的多进程一样，其实背后的原理还是有所区别。在多进程中，子进程是通过拷贝父进程的地址空间来实现，而在多线程中，同一进程中的所有线程都是共享程序代码，一段代码可以被多个线程来执行。
在
Linux系统中，我们可以通过pthread_create函数来创建线程。我们可以使用man命令来查询该函数的使用方法。具体的查询命令为：man 3 pthread_create使用
pthread_create函数创建线程
pthread_create函数的具体的说明如下：需要的头文件如下：
#include <pthread.h>函数格式如下：
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine) (void *), void *arg);thread：该参数是一个指针，当线程创建成功后，用来返回创建的线程ID； attr：该参数用于指定线程的属性，NULL表示使用默认属性，通常我们使用默认属性； start_routine：该参数为一个函数指针，指向线程创建后要调用的函数，也被称为线程函数； arg：该参数指向传递给线程函数的参数；函数返回值说明： 调用成功，
pthread_create返回值为0；调用失败返回一个非零的值。注意：
pthread_create一旦调用成功，新创建的线程将开始运行第3个参数所指向的函数，原来的线程继续往下运行。由于线程是第三库所提供的，因此在编译包含线程的程序时，我们需要手动链接线程库，只需在编译命令加上-lpthread参数即可。案例演示
1:编写一个程序，使用
pthread_create函数创建一个线程，在新创建的线程中打印一个字符串，在主线程中也打印一个字符串。详细代码如下所示：
#include <stdio.h> #include <pthread.h> void *printString(void *arg) { printf("This is My first thread\n"); return NULL; } int main() { pthread_t thread; int ret = pthread_create(&thread, NULL, printString, NULL); if(ret != 0) { printf("创建线程失败\n"); return -1; } sleep(1); printf("This is main thread\n"); return 0; }
将以上代码保存为
createThread.c文件，编译执行。可以看到新创建的线程被调用成功。案例演示2:
编写一个程序，使用
pthread_create函数创建两个线程，并在每个线程中接受主线程传来的字符串，并将其打印出来。详细代码如下所示：
#include <stdio.h> #include <pthread.h> void *printString(void *arg) { printf("print String: %s\n", (char *)arg); return NULL; } int main() { pthread_t thread1, thread2; int ret = pthread_create(&thread1, NULL, printString, "This is first thread"); if(ret != 0) { printf("创建线程失败\n"); return -1; } ret = pthread_create(&thread2, NULL, printString, "This is second thread"); if(ret != 0) { printf("创建线程失败\n"); return -1; } sleep(1); printf("This is main thread\n"); return 0; }
将以上代码保存为
printThread.c文件，编译执行。可以看到新创建的按照主线程传递的参数，将指定的字符串打印出来。注意：编译程序的时候需要手动加上线程库
-lpthread。否则，编译时会出错。
编程要求
本关的编程任务是补全右侧代码片段中
Begin至End中间的代码，具体要求如下：补全
createThread函数，使用pthread_create函数创建线程，并将start_routine作为线程处理函数，arg作为线程处理函数的参数，同时将创建成功的线程ID作为createThread函数的返回值。
答案：
#include <stdio.h> #include <pthread.h> /************************ * 参数start_routine: 函数指针，用于指向线程函数 * 参数arg: 是线程函数的参数 * 返回值: 返回线程ID *************************/ pthread_t createThread(void *(*start_routine) (void *), void *arg) { pthread_t thread; /********** BEGIN **********/ int res = pthread_create(&thread, NULL, start_routine, arg); if (res != 0) { return 0; } /********** END **********/ return thread; }
第2关：线程挂起
任务描述
在学习多进程编程的时候，我们学习了如何等待一个进程结束，那么在多线程中也存在同样的操作，如何使得一个线程挂起等待其他的线程先执行。本关我们将介绍如何挂起一个线程，并等待指定线程。
本关任务：学会使用
C语言在Linux系统中使用pthread_join库函数挂起当前线程，并等待指定的线程。相关知识
通过上一管卡的学习，我们学会了如何创建一个线程。在上一关中我们遗留了一个未解决的问题，不知道细心的你发现没，那就是我们在案例演示中使用了
sleep函数给主线程睡眠了1秒，如果主线程先退出，那么新创建的线程会发生什么？正确答案是，如果主线程先退出，那么还未执行完成的其他所有线程将被终止。因此，保证主线程最后一个退出是非常重要的。接下来，我们用实例验证如果主线程先退出，那么其他的线程会不会受到影响，将上一关中的案例一修改成如下：
#include <stdio.h> #include <pthread.h> void *printString(void *arg) { sleep(1); printf("This is My first thread\n"); return NULL; } int main() { pthread_t thread; int ret = pthread_create(&thread, NULL, printString, NULL); if(ret != 0) { printf("创建线程失败\n"); return -1; } printf("This is main thread\n"); return 0; }
编译执行。可以看到当主线程退出后，新创建的线程是不会继续执行的。
在
Linux系统中提供了挂起当前线程，用来等待一个指定线程结束的库函数pthread_join。这个函数相当于进程等待函数waitpid，他可以挂起当前线程，并一直等待指定线程，直到指定线程退出后，该函数才会返回继续执行。在
Linux系统中，我们可以通过pthread_join函数来挂起线程。我们可以使用man命令来查询该函数的使用方法。具体的查询命令为：man 3 pthread_join使用
pthread_join挂起线程
pthread_join函数的具体的说明如下：需要的头文件如下：
#include <pthread.h>函数格式如下：
int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);参数说明：
thread：该参数是一个线程ID，用于指定要等待其终止的线程； retval：该参数用于存放等待线程的返回值，如果不关注线程的退出值，则可以设置为NULL；函数返回值说明： 调用成功，
pthread_join返回值为0；调用失败返回一个非零的值。注意：
由于线程是第三库所提供的，因此在编译包含线程操作的程序时，我们需要手动链接线程库，只需在编译命令加上
-lpthread参数即可。案例演示
1:编写一个程序，使用
pthread_join函数挂起当前线程，等待新创建的线程先执行。详细代码如下所示：#include <stdio.h> #include <pthread.h> void *printString(void *arg) { sleep(1); printf("This is My first thread\n"); return NULL; } int main() { pthread_t thread; int ret = pthread_create(&thread, NULL, printString, NULL); if(ret != 0) { printf("创建线程失败\n"); return -1; } if(pthread_join(thread, NULL) != 0) { printf("等待线程失败\n"); return -1; } printf("This is main thread\n"); return 0; }
将以上代码保存为
joinThread.c文件，编译执行。可以看到尽管新创建的线程睡眠了1秒，然后还是被正常的运行完。 注意：编译程序的时候需要手动加上线程库-lpthread。否则，编译时会出错。
编程要求
本关的编程任务是补全右侧代码片段中
Begin至End中间的代码，具体要求如下：补全
waitThread函数，使用pthread_join函数挂起当前线程，等待指定线程结束，thread为要等待的线程ID号，waitThread函数等待线程成功返回0，失败返回-1。
答案：
#include <stdio.h> #include <pthread.h> /************************ * 参数thread: 需要等待结束的线程ID号 * 返回值: 等待成功返回0，失败返回-1 * 提示: 忽略线程返回值 *************************/ int waitThread(pthread_t thread) { int ret = -1; /********** BEGIN **********/ ret = pthread_join(thread, NULL); /********** END **********/ return ret; }
第3关：线程终止
任务描述
在学习多进程编程的时候，我们知道进程的退出有很多中方式，常见的有
exit函数，而线程的退出也有多种方法。本关我们将介绍如何终止一个线程的执行。本关任务：学会使用
C语言在Linux系统中终止一个线程。相关知识
Linux下有三种方式可以是一个线程终止，分别是：(1)通过return从线程函数返回；(2)通过调用pthread_exit使得一个线程退出；(3)通过调用pthread_cancel终止一个线程；有两种特殊情况要注意：第一种情况就是，在主线程中，如果从
main函数返回或者是调用exit函数来终止主线程的执行，则整个进程将终止执行，此时进程中的所有线程也将被终止执行，因此，在主线程中不能过早的退出，这就是我们上一关中所介绍的为什么要使用pthread_join函数来挂起主线程的原因。另一种情况就是，如果在主线程中调用pthread_exit函数终止主线程的执行，则仅仅是主线程消亡，进程是不会被终止的，因此进程内的其他线程也不会被终止，直到所有线程执行结束，进程才会被终止。在上一关中，我们学习了
pthread_join函数等待一个线程的结束，并获取线程退出值，那么线程以不同的方法终止，通过pthread_join得到的退出值也是不同的，总结如下：
如果线程通过调用return返回，则pthread_join所得到的退出值就是线程函数的return的值； 如果线程是通过调用pthread_cancel异常终止，则pthread_join所得到的退出值是PTHREAD_CANCELED； 如果线程是通过调用pthread_exit异常终止，则pthread_join所得到的退出值就是pthread_exit函数的参数值；我们可以使用
man命令来查询这些函数的使用方法。具体的查询命令为：man 3 函数名使用
pthread_exit退出线程
pthread_exit函数的具体的说明如下：需要的头文件如下：
#include <pthread.h>函数格式如下：
void pthread_exit(void *retval);参数说明：
retval：线程的返回值；函数返回值说明： 无返回值。
注意：
由于线程是第三库所提供的，因此在编译包含线程操作的程序时，我们需要手动链接线程库，只需在编译命令加上
-lpthread参数即可。案例演示
1:编写一个程序，使用
pthread_exit函数退出线程，并使用pthread_join函数获取线程的退出值。详细代码如下所示：#include <stdio.h> #include <pthread.h> void *printString(void *arg) { sleep(1); printf("This is My first thread\n"); pthread_exit("thread finished"); } int main() { pthread_t thread; int ret = pthread_create(&thread, NULL, printString, NULL); if(ret != 0) { printf("创建线程失败\n"); return -1; } void *status = NULL; if(pthread_join(thread, &status) != 0) { printf("等待线程失败\n"); return -1; } printf("first thread exit(%s)\n", (char *)status); printf("This is main thread\n"); return 0; }
将以上代码保存为
exitThread.c文件，编译执行。可以看到新创建的线程退出的代码为："thread finished"，并且在主线程中使用pthread_join函数成功的获取到退出代码。 注意：编译程序的时候需要手动加上线程库-lpthread。否则，编译时会出错。使用
pthread_cancel退出线程
pthread_cancel函数的具体的说明如下：需要的头文件如下：
#include <pthread.h>函数格式如下：
int pthread_cancel(pthread_t thread);参数说明：
thread：需要被取消运行的线程ID；函数返回值说明： 调用成功，返回
0，调用失败，返回一个非零值。注意：
由于线程是第三库所提供的，因此在编译包含线程操作的程序时，我们需要手动链接线程库，只需在编译命令加上
-lpthread参数即可。案例演示
1:编写一个程序，使用
pthread_cancel函数退出线程，并使用pthread_join函数获取线程的退出值。详细代码如下所示：#include <stdio.h> #include <pthread.h> void *printString(void *arg) { while(1) { printf("This is My first thread\n"); sleep(1); } } int main() { pthread_t thread; int ret = pthread_create(&thread, NULL, printString, NULL); if(ret != 0) { printf("创建线程失败\n"); return -1; } sleep(2); ret = pthread_cancel(thread); if(ret != 0) { printf("cancel thread(%lu) failure\n", thread); return -1; } void *status = NULL; if(pthread_join(thread, &status) != 0) { printf("等待线程失败\n"); return -1; } printf("first thread exit(%d)\n", (int)status); printf("This is main thread\n"); return 0; }
将以上代码保存为
cancelThread.c文件，编译执行。可以看到新创建的线程被主线程使用pthread_cancel函数强制取消执行，并且退出的代码为：-1，也就是PTHREAD_CANCELED在Linux系统中的定义为-1。注意：
编译程序的时候需要手动加上线程库
-lpthread。否则，编译时会出错。
编程要求
本关的编程任务是补全右侧代码片段中
Begin至End中间的代码，具体要求如下：补全
cancelThread函数，使用pthread_cancel函数终止指定的线程，thread为线程要被取消的线程ID号，调用成功返回0，否则返回-1。
答案：
#include <stdio.h> #include <pthread.h> /************************ * 参数thread: 需要等待结束的线程ID号 * 返回值: 等待成功返回0，失败返回-1 * 提示: 忽略线程返回值 *************************/ int cancelThread(pthread_t thread) { int ret = -1; /********** BEGIN **********/ ret = pthread_cancel(thread); /********** END **********/ return ret; }