C语言多线程编程：从入门到精通，一篇文章彻底搞懂

C语言中文社区

发布于 2026-01-05 11:29:54

1330

文章被收录于专栏：C语言中文社区C语言中文社区

关注、星标公众号，直达精彩内容

正文

一、多线程基础概念

1. 什么是线程？

线程是程序执行的最小单元，是进程中的一个独立执行路径。一个进程可以包含多个线程，这些线程共享进程的内存空间（如全局变量、堆内存），但每个线程有自己的栈空间（用于存储局部变量和函数调用信息）。

2. 线程与进程的区别

特性	进程	线程
内存空间	独立的内存空间	共享进程的内存空间
资源开销	创建和销毁成本高	创建和销毁成本低
通信方式	需要进程间通信（IPC）	直接共享内存，通信更高效
上下文切换	切换成本高	切换成本低
稳定性	一个进程崩溃不会影响其他进程	一个线程崩溃可能导致整个进程崩溃

3. 为什么使用多线程？

提高程序响应速度：例如在GUI程序中，主线程处理界面，子线程处理耗时任务。
充分利用多核CPU：多线程可以并行执行，提升计算效率。
简化复杂任务的开发：将任务分解为多个线程，逻辑更清晰。

二、C语言多线程实现（POSIX线程库）

1. POSIX线程库简介

C语言本身不直接支持多线程，但通过POSIX线程库（pthread）可以实现多线程编程。该库是跨平台的，主要在Linux/Unix系统中使用，Windows下需使用Win32 API（本文以pthread为例）。

2. 基本函数

函数	作用
pthread_create()	创建线程
pthread_join()	等待线程结束
pthread_exit()	终止当前线程
pthread_detach()	将线程设为分离状态（无需等待）
pthread_mutex_lock()	加锁（保护共享资源）
pthread_mutex_unlock()	解锁
pthread_cond_wait()	条件变量等待
pthread_cond_signal()	唤醒等待的线程

三、多线程编程入门示例

1. 创建线程

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

// 线程执行函数
void* thread_function(void* arg) {
    int value = *(int*)arg;
    printf("Hello from thread! Value: %d\n", value);
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t thread;  // 定义线程标识符
    int arg = 42;      // 传递给线程的参数

    // 创建线程
    if (pthread_create(&thread, NULL, thread_function, &arg) != 0) {
        perror("Failed to create thread");
        return 1;
    }

    // 等待线程结束
    pthread_join(thread, NULL);
    printf("Main thread finished.\n");

    return 0;
}

编译命令：

gcc -o thread_example thread_example.c -lpthread

运行结果：

Hello from thread! Value: 42
Main thread finished.

image

2. 线程生命周期

创建：pthread_create()
运行：线程执行指定函数
等待：pthread_join() 等待线程结束
分离：pthread_detach() 释放线程资源
终止：pthread_exit() 或线程函数返回

四、线程同步机制

1. 共享资源与数据竞争

当多个线程同时访问共享资源（如全局变量）时，可能导致数据不一致。例如：

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

int counter = 0;

void* increment_counter(void* arg) {
    for (int i = 0; i < 100000; i++) {
        counter++;  // 未保护的共享资源
    }
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t t1, t2;
    pthread_create(&t1, NULL, increment_counter, NULL);
    pthread_create(&t2, NULL, increment_counter, NULL);

    pthread_join(t1, NULL);
    pthread_join(t2, NULL);

    printf("Final counter value: %d\n", counter);  // 预期值为200000，但实际可能小于该值
    return 0;
}

image

问题：counter++ 是非原子操作（读取-修改-写入），多个线程同时操作会导致数据竞争。

2. 互斥锁（Mutex）

互斥锁用于保护共享资源，确保同一时刻只有一个线程访问。

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

int counter = 0;
pthread_mutex_t lock;  // 定义互斥锁

void* increment_counter(void* arg) {
    for (int i = 0; i < 100000; i++) {
        pthread_mutex_lock(&lock);  // 加锁
        counter++;
        pthread_mutex_unlock(&lock);  // 解锁
    }
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_mutex_init(&lock, NULL);  // 初始化互斥锁

    pthread_t t1, t2;
    pthread_create(&t1, NULL, increment_counter, NULL);
    pthread_create(&t2, NULL, increment_counter, NULL);

    pthread_join(t1, NULL);
    pthread_join(t2, NULL);

    pthread_mutex_destroy(&lock);  // 销毁互斥锁
    printf("Final counter value: %d\n", counter);  // 输出200000
    return 0;
}

image

3. 条件变量（Condition Variable）

条件变量用于线程间通信，当某个条件满足时唤醒等待的线程。

示例：生产者-消费者模型

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

#define BUFFER_SIZE 5

int buffer[BUFFER_SIZE];
int count = 0;
pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t not_empty = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
pthread_cond_t not_full = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

void* producer(void* arg) {
    for (int i = 1; i <= 10; i++) {
        pthread_mutex_lock(&lock);
        while (count == BUFFER_SIZE) {
            pthread_cond_wait(&not_full, &lock);  // 缓冲区满时等待
        }
        buffer[count++] = i;
        printf("Produced: %d\n", i);
        pthread_cond_signal(&not_empty);  // 通知消费者
        pthread_mutex_unlock(&lock);
        usleep(100000);  // 模拟生产时间
    }
    return NULL;
}

void* consumer(void* arg) {
    for (int i = 1; i <= 10; i++) {
        pthread_mutex_lock(&lock);
        while (count == 0) {
            pthread_cond_wait(&not_empty, &lock);  // 缓冲区空时等待
        }
        int item = buffer[--count];
        printf("Consumed: %d\n", item);
        pthread_cond_signal(&not_full);  // 通知生产者
        pthread_mutex_unlock(&lock);
        usleep(100000);  // 模拟消费时间
    }
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t p, c;
    pthread_create(&p, NULL, producer, NULL);
    pthread_create(&c, NULL, consumer, NULL);

    pthread_join(p, NULL);
    pthread_join(c, NULL);

    return 0;
}

image

‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ END ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧

关注我的微信公众号，回复“C语言”免费领取300G编程资料。

欢迎点赞、分享、推荐、留言。

本文参与腾讯云自媒体同步曝光计划，分享自微信公众号。

原始发表：2026-01-05，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

编程

本文分享自 C语言中文社区微信公众号，前往查看

如有侵权，请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

本文参与腾讯云自媒体同步曝光计划，欢迎热爱写作的你一起参与！

登录后参与评论

0 条评论

热度