哲学家进餐问题c代码实现

以下是一个基于信号量的解法，使用了pthread库和semaphore.h头文件：

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

#define N 5  // 哲学家数目
#define LEFT (i + N - 1) % N  // 左邻居编号
#define RIGHT (i + 1) % N  // 右邻居编号

int state[N];  // 哲学家的状态
const char* state_name[] = {"THINKING", "HUNGRY", "EATING"};  // 状态名称
pthread_mutex_t mutex;  // 互斥锁
sem_t s[N];  // 信号量

void test(int i) {
    if (state[i] == 1 && state[LEFT] != 2 && state[RIGHT] != 2) {
        state[i] = 2;
        printf("Philosopher %d is eating.\n", i);
        sem_post(&s[i]);  // 释放信号量
    }
}

void take_forks(int i) {
    pthread_mutex_lock(&mutex);  // 加锁
    state[i] = 1;
    printf("Philosopher %d is hungry.\n", i);
    test(i);
    pthread_mutex_unlock(&mutex);  // 解锁
    sem_wait(&s[i]);  // 获取信号量
    sleep(1);  // 吃饭
}

void put_forks(int i) {
    pthread_mutex_lock(&mutex);  // 加锁
    state[i] = 0;
    printf("Philosopher %d puts down forks and starts thinking.\n", i);
    test(LEFT);
    test(RIGHT);
    pthread_mutex_unlock(&mutex);  // 解锁
}

void* philosopher(void* arg) {
    int i = *(int*)arg;
    while (1) {
        take_forks(i);
        put_forks(i);
    }
}

int main() {
    pthread_t tid[N];
    int i;
    for (i = 0; i < N; i++) {
        state[i] = 0;
        sem_init(&s[i], 0, 0);  // 初始化信号量
    }
    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);  // 初始化互斥锁
    int id[N];
    for (i = 0; i < N; i++) {
        id[i] = i;
        pthread_create(&tid[i], NULL, philosopher, &id[i]);  // 创建线程
    }
    for (i = 0; i < N; i++) {
        pthread_join(tid[i], NULL);  // 等待线程结束
    }
    pthread_mutex_destroy(&mutex);  // 销毁互斥锁
    for (i = 0; i < N; i++) {
        sem_destroy(&s[i]);  // 销毁信号量
    }
    return 0;
}

在该程序中，每个哲学家都是一个线程，其中`state[i]`表示哲学家`i`的状态（0表示思考，1表示饥饿，2表示就餐）。`pthread_mutex_t mutex`是一个互斥锁，用于保证同时只有一个哲学家进入临界区（即执行`test()`和修改状态）。`sem_t s[N]`是一个信号量数组，其中`s[i]`表示哲学家`i`的信号量，用于解决死锁问题。

在`take_forks()`中，首先将哲学家的状态置为1（饥饿），然后调用`test()`函数，检查周围的哲学家是否都没有在用餐。如果是，则将当前哲学家的状态置为2（就餐），并释放`s[i]`信号量。否则，当前线程将会阻塞，并等待周围的哲学家用餐完毕后释放信号量。使用`sleep(1)`模拟哲学家进餐的时间。

在`put_forks()`中，先将哲学家的状态置为0（思考），然后调用`test()`函数，检查周围的哲学家是否可以开始进餐。

在`test()`函数中，如果当前哲学家的状态为1（饥饿），且它的左右邻居都没有在用餐，那么当前哲学家就可以开始进餐了。这里需要注意，为了避免死锁，每个哲学家都是先尝试拿起右边的叉子，再尝试拿起左边的叉子。

最后，需要在主函数中创建并等待所有哲学家线程的结束。程序使用了`sem_init()`和`sem_destroy()`函数初始化和销毁信号量，使用了`pthread_mutex_init()`和`pthread_mutex_destroy()`函数初始化和销毁互斥锁。