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pthread_create函数详解(定义、参数、用法等)

来源：聚合数据类型：技术文章发布：2025-03-03 16:21:46

在多线程编程中，pthread_create函数是创建新线程的核心API之一。它允许开发者在程序中启动多个并发执行的线程，从而提高应用程序的性能和响应速度。理解pthread_create函数的定义、参数及其用法，对于编写高效、可靠的多线程程序至关重要。本文将详细探讨pthread_create函数的相关内容，帮助读者全面了解这一重要的POSIX线程（pthreads）API。

一、pthread_create函数的定义

函数原型

pthread_create函数用于创建一个新的线程，并将其加入到当前进程的线程组中。其函数原型如下：

#include <pthread.h>
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,
                   void *(*start_routine) (void *), void *arg);

返回值：成功时返回0，失败时返回错误码。

参数：pthread_t *thread：指向线程标识符的指针，用于存储新创建线程的ID。

const pthread_attr_t *attr：指向线程属性结构的指针，指定新线程的属性（如栈大小、优先级等）。如果为NULL，则使用默认属性。

void *(*start_routine)(void *)：指向线程主函数的指针，即新线程开始执行的入口点。

void *arg：传递给线程主函数的参数。

头文件

要使用pthread_create函数，需要包含头文件<pthread.h>。该头文件提供了POSIX线程库的所有必要声明和定义。

#include <pthread.h>

二、pthread_create函数的参数详解

线程标识符 (pthread_t *thread)

pthread_t是一个不透明的数据类型，用于唯一标识一个线程。通过pthread_create函数创建新线程后，线程的ID会被存储在传入的pthread_t *thread指针所指向的变量中。这个ID可以在后续操作中用于管理线程，如等待线程结束或取消线程。

pthread_t thread_id;
pthread_create(&thread_id, NULL, thread_function, NULL);

线程属性 (const pthread_attr_t *attr)

pthread_attr_t结构用于设置新线程的各种属性，如栈大小、优先级、调度策略等。如果不需要自定义属性，可以将此参数设置为NULL，使用默认属性。

pthread_attr_t attr;
pthread_attr_init(&attr);
pthread_attr_setstacksize(&attr, 1024 * 1024); // 设置栈大小为1MB
pthread_create(&thread_id, &attr, thread_function, NULL);
pthread_attr_destroy(&attr);

线程主函数 (void *(*start_routine)(void *))

start_routine是指向线程主函数的指针，该函数将在新线程中执行。线程主函数必须遵循特定的签名，即接受一个void *类型的参数并返回一个void *类型的值。

void* thread_function(void* arg) {
    // 线程主逻辑
    return NULL;
}

参数传递 (void *arg)

arg是传递给线程主函数的参数，通常是一个指向数据结构的指针。如果不需要传递参数，可以将此参数设置为NULL。

int data = 42;
pthread_create(&thread_id, NULL, thread_function, (void*)&data);

三、pthread_create函数的用法

创建简单线程

以下是一个简单的例子，演示如何使用pthread_create创建一个新线程，并让其执行一个简单的任务。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
void* print_message(void* arg) {
    char* message = (char*)arg;
    printf("Thread: %s\n", message);
    pthread_exit(NULL);
}
int main() {
    pthread_t thread_id;
    const char* message = "Hello, World!";
    
    if (pthread_create(&thread_id, NULL, print_message, (void*)message) != 0) {
        perror("Failed to create thread");
        return EXIT_FAILURE;
    }
    // 等待线程结束
    pthread_join(thread_id, NULL);
    printf("Main thread: Thread finished.\n");
    return EXIT_SUCCESS;
}

使用线程属性

通过pthread_attr_t结构可以设置新线程的各种属性，如栈大小、优先级等。以下是一个示例，演示如何设置线程的栈大小。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
void* print_message(void* arg) {
    char* message = (char*)arg;
    printf("Thread: %s\n", message);
    pthread_exit(NULL);
}
int main() {
    pthread_t thread_id;
    pthread_attr_t attr;
    const char* message = "Hello, World!";
    // 初始化线程属性
    pthread_attr_init(&attr);
    // 设置栈大小为1MB
    pthread_attr_setstacksize(&attr, 1024 * 1024);
    if (pthread_create(&thread_id, &attr, print_message, (void*)message) != 0) {
        perror("Failed to create thread");
        pthread_attr_destroy(&attr);
        return EXIT_FAILURE;
    }
    // 销毁线程属性
    pthread_attr_destroy(&attr);
    // 等待线程结束
    pthread_join(thread_id, NULL);
    printf("Main thread: Thread finished.\n");
    return EXIT_SUCCESS;
}

传递复杂参数

可以通过传递一个结构体来实现更复杂的参数传递。以下是一个示例，演示如何传递多个参数。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
typedef struct {
    int id;
    char* message;
} ThreadData;
void* print_message(void* arg) {
    ThreadData* data = (ThreadData*)arg;
    printf("Thread ID: %d, Message: %s\n", data->id, data->message);
    pthread_exit(NULL);
}
int main() {
    pthread_t thread_id;
    ThreadData data = {1, "Hello, World!"};
    if (pthread_create(&thread_id, NULL, print_message, (void*)&data) != 0) {
        perror("Failed to create thread");
        return EXIT_FAILURE;
    }
    // 等待线程结束
    pthread_join(thread_id, NULL);
    printf("Main thread: Thread finished.\n");
    return EXIT_SUCCESS;
}

多个线程

可以创建多个线程，并让它们同时执行不同的任务。以下是一个示例，演示如何创建多个线程。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
void* print_message(void* arg) {
    char* message = (char*)arg;
    printf("Thread: %s\n", message);
    pthread_exit(NULL);
}
int main() {
    pthread_t threads[3];
    const char* messages[] = {"Thread 1", "Thread 2", "Thread 3"};
    for (int i = 0; i < 3; ++i) {
        if (pthread_create(&threads[i], NULL, print_message, (void*)messages[i]) != 0) {
            perror("Failed to create thread");
            return EXIT_FAILURE;
        }
    }
    for (int i = 0; i < 3; ++i) {
        pthread_join(threads[i], NULL);
    }
    printf("Main thread: All threads finished.\n");
    return EXIT_SUCCESS;
}

四、pthread_create函数的注意事项

线程同步

多线程程序中，线程之间的同步非常重要。如果不进行适当的同步，可能会导致竞态条件（Race Condition）、死锁（Deadlock）等问题。常用的同步机制包括互斥锁（Mutex）、条件变量（Condition Variable）、信号量（Semaphore）等。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
pthread_mutex_t mutex;
int counter = 0;
void* increment_counter(void* arg) {
    for (int i = 0; i < 1000; ++i) {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        counter++;
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }
    pthread_exit(NULL);
}
int main() {
    pthread_t threads[2];
    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
    for (int i = 0; i < 2; ++i) {
        if (pthread_create(&threads[i], NULL, increment_counter, NULL) != 0) {
            perror("Failed to create thread");
            return EXIT_FAILURE;
        }
    }
    for (int i = 0; i < 2; ++i) {
        pthread_join(threads[i], NULL);
    }
    printf("Final counter value: %d\n", counter);
    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    return EXIT_SUCCESS;
}

线程资源管理

创建线程时需要注意资源管理，确保线程在退出时正确释放资源。可以使用pthread_join等待线程结束，或者使用pthread_detach将线程分离，使其自动清理资源。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
void* print_message(void* arg) {
    char* message = (char*)arg;
    printf("Thread: %s\n", message);
    pthread_exit(NULL);
}
int main() {
    pthread_t thread_id;
    const char* message = "Hello, World!";
    if (pthread_create(&thread_id, NULL, print_message, (void*)message) != 0) {
        perror("Failed to create thread");
        return EXIT_FAILURE;
    }
    // 将线程分离，使其自动清理资源
    pthread_detach(thread_id);
    // 主线程继续执行其他任务
    sleep(1);  // 模拟主线程的工作
    printf("Main thread: Continuing...\n");
    return EXIT_SUCCESS;
}

线程取消

可以使用pthread_cancel函数取消正在运行的线程。需要注意的是，线程取消并不是立即生效的，而是依赖于线程的取消状态和取消类型。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
void* long_running_task(void* arg) {
    while (1) {
        printf("Thread is running...\n");
        sleep(1);
    }
    pthread_exit(NULL);
}
int main() {
    pthread_t thread_id;
    if (pthread_create(&thread_id, NULL, long_running_task, NULL) != 0) {
        perror("Failed to create thread");
        return EXIT_FAILURE;
    }
    sleep(5);  // 让线程运行一段时间
    // 取消线程
    if (pthread_cancel(thread_id) != 0) {
        perror("Failed to cancel thread");
        return EXIT_FAILURE;
    }
    printf("Main thread: Thread cancelled.\n");
    return EXIT_SUCCESS;
}

综上所述，pthread_create函数是POSIX线程库中用于创建新线程的核心API。通过合理使用pthread_create函数及其相关功能，可以构建高效的多线程程序，显著提升应用程序的性能和响应速度。

掌握pthread_create函数的定义、参数及其用法，有助于我们在实际项目中更好地利用多线程技术，优化程序性能，提升用户体验。无论是构建高性能的服务器应用，还是实现复杂的并发任务处理，pthread_create都能发挥重要作用，为现代多线程编程提供坚实的基础保障。

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