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[English version](/posts/c教程/en-US/09-Portable and Modern C/090-Practice Portable Multithreaded Program)

跟练交付物 ​

  • 已具备状态：完成第 081-089 课，能重新编译上一章示例。
  • 工作目录：~/c-course-labs/090-portable-threads。
  • 第一条命令：macOS / Linux 运行 mkdir -p ~/c-course-labs/090-portable-threads && cd ~/c-course-labs/090-portable-threads；Windows PowerShell 运行 New-Item -ItemType Directory -Force "$HOME\c-course-labs\090-portable-threads"; Set-Location "$HOME\c-course-labs\090-portable-threads"。
  • 成功证据：保留源码、可执行文件、evidence.md，并记录编译命令、线程运行输出、平台或编译器差异说明。
  • 本章边界：本章关注平台差异和并发正确性；Windows 移植可以作为对照记录，不影响主线完成。
  • 重置方式：删除本章生成的可执行文件、临时数据和输出文件，保留源码与 evidence.md 方便复盘。

是时候将您学到的所有内容（内存管理、线程、同步和可移植性）整合到一个有凝聚力的程序中了。

在第 9 章的最后一节中，您将构建一个可移植的多线程计数器，它可以跨架构、编译器和系统正确运行，从而在实践中展示干净、安全和现代的 C。

步骤 1. 目标 ​

我们将编写一个程序：

  • 使用生成多个线程pthread（POSIX 标准）。
  • 使用原子操作进行安全并发更新。
  • 无论 CPU 或字节顺序如何，都打印一致的结果。
  • 在 Linux、macOS 和 Windows 上干净地编译（通过 MinGW）。
  • 使用现代、可读的 C11–C23 风格。

步骤 2. 规划设计 ​

  1. 共享柜台：atomic_int用于线程安全的增量。
  2. 线程功能：每个线程执行一个增量循环。
  3. 计时：测量经过的时间以了解性能。
  4. 便携性：使用#ifdef以实现跨平台兼容性。
  5. 最终验证：确保结果等于总增量。

步骤 3. 完整的小代码 ​

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdatomic.h>
#include <pthread.h>
#include <stdint.h>
#include <time.h>
#ifdef _WIN32
#include <windows.h>
#define SLEEP(ms) Sleep(ms)
#else
#include <unistd.h>
#define SLEEP(ms) usleep((ms) * 1000)
#endif
#define THREADS 4
#define ITERATIONS 250000
atomic_int counter = 0;
void* worker(void* arg) {
    int id = *(int*)arg;
    for (int i = 0; i < ITERATIONS; i++) {
        atomic_fetch_add(&counter, 1);
        if (i % 100000 == 0 && id == 0)
            SLEEP(1);
    }
    return NULL;
}
double now(void) {
    struct timespec ts;
    clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &ts);
    return ts.tv_sec + ts.tv_nsec / 1e9;
}
int main(void) {
    pthread_t threads[THREADS];
    int ids[THREADS];
    double start = now();
    for (int i = 0; i < THREADS; i++) {
        ids[i] = i;
        if (pthread_create(&threads[i], NULL, worker, &ids[i]) != 0) {
            perror("pthread_create failed");
            return 1;
        }
    }
    for (int i = 0; i < THREADS; i++)
        pthread_join(threads[i], NULL);
    double end = now();
    printf("Counter = %d (expected %d)\n", counter, THREADS * ITERATIONS);
    printf("Elapsed time: %.3f seconds\n", end - start);
    return 0;
}

步骤 4. 工作原理 ​

原子计数器：atomic_fetch_add确保增量是原子的且无竞争的，无需使用互斥体。

线程创建：每个线程运行worker()独立运作。

同步：pthread_join确保所有线程在打印结果之前完成。

时间：使用clock_gettime()用于精确的跨平台计时。

睡眠宏：SLEEP(ms)抽象化了 Windows 和 POSIX 之间的平台差异。

步骤5.编译并运行 ​

在 Linux 或 macOS 上：

gcc -std=c23 -pthread -O2 -Wall -Wextra portable_threads.c -o portable_threads
./portable_threads

在 Windows 上（MinGW）：

gcc -std=c23 -O2 -Wall -Wextra portable_threads.c -o portable_threads.exe -lws2_32
portable_threads.exe

预期输出：

Counter = 1000000 (expected 1000000)
Elapsed time: 0.134 seconds

该程序以完美的准确性完成，没有竞争条件，并且可以跨平台运行。

步骤 6. 提高可移植性 ​

用 C11 替换 pthreads<threads.h>如果您想要仅标准 C：

#include <threads.h>

使用thrd_create和thrd_join而不是pthread_create和pthread_join.

使用静态断言进行验证：

_Static_assert(THREADS > 0, "Must have at least one thread");

使用条件宏来解决系统差异（_WIN32,__linux__,__APPLE__).

步骤 7. 安全性和清晰度检查表 ​

✅ 没有不安全地共享原始指针 ✅ 原子操作防止竞争 ✅ 睡眠和计时是跨平台的 ✅ 干净、现代的语法，支持 C23 ✅ 易于修改（例如，更改线程数或工作负载）

第 8 步：为什么它是便携式的 ​

  • 仅使用标准 C 和 POSIX API。
  • 避免依赖于字节序或未定义的行为。
  • 对特定于平台的代码有清晰的抽象。
  • 依赖于原子类型，而不是特定于 CPU 的内在函数。
  • 无需更改即可在 x86、ARM、RISC-V 和其他处理器上运行。

第 9 步：为什么它很重要 ​

这个小程序体现了 C 最擅长的：

  • 速度：线程性能接近硬件。
  • 控制：显式内存和并发性。
  • 清晰度：现代 C 语法使其具有可读性。
  • 可移植性：可以在任何有编译器的地方运行。

这就是当今的 C，简约、精确且可靠。

第 10 步：亲自尝试一下 ​

  1. 改变THREADS并观察性能扩展。 2.用互斥体替换原子计数器，比较速度。
  2. 将其移植到 Windows 并验证输出。
  3. 添加计时来测量每个线程的持续时间。
  4. 使用 C11 进行实验<threads.h>纯标准 C 的 API。

您已经完成了第 9 章“可移植和现代 C”。接下来是第 10 章：构建真实项目，您将应用这些基础知识来构建真实世界的系统、库、服务器和解释器，所有这些都使用干净、惯用的 C 语言。

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