哲学家进餐问题c语言刀子叉子

哲学家进餐问题是一个经典的并发编程问题，它描述了五个哲学家围坐在一张圆桌前吃饭的情景。每个哲学家面前有一只碗和一对筷子。碗里有米饭，但是筷子只有一半，也就是说每个哲学家只有左右两只筷子各一只。当一个哲学家想要吃饭时，他必须先拿起自己的左右两只筷子，才能够开始吃饭。吃完饭之后，他需要把筷子放回原位，然后才能继续思考问题。假设每个哲学家都采用以下算法：

while (1) {
  think();       //思考问题
  pickup();      //拿起筷子
  eat();         //吃饭
  putdown();     //放下筷子
}

其中，pickup() 和 putdown() 函数用来拿起和放下筷子。

为了避免死锁，需要引入一个额外的限制条件：只有当一个哲学家两边的筷子都可用时，他才能拿起筷子。这也就意味着，如果所有的哲学家都同时拿起了自己左边的筷子，那么他们会陷入死锁，因为每个人都在等待右边的筷子。为了避免这种情况，可以采用以下方法：

1. 筷子编号：将每个筷子都进行编号，从 1 到 5。
2. 偶数哲学家先拿右边的筷子，再拿左边的筷子；奇数哲学家先拿左边的筷子，再拿右边的筷子。
3. 引入一个额外的限制条件：当一个哲学家拿起了左边的筷子，但是右边的筷子已经被其他哲学家拿走时，他必须放下左边的筷子，等待右边的筷子。

以下是一个简单的 C 语言实现：

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

#define N 5
#define LEFT(i) ((i) + N - 1) % N
#define RIGHT(i) ((i) + 1) % N
#define THINKING 0
#define HUNGRY 1
#define EATING 2

int state[N];
pthread_mutex_t mutex;
pthread_cond_t cond[N];

void test(int i) {
  if (state[i] == HUNGRY && state[LEFT(i)] != EATING && state[RIGHT(i)] != EATING) {
    state[i] = EATING;
    pthread_cond_signal(&cond[i]);
  }
}

void pickup(int i) {
  pthread_mutex_lock(&mutex);
  state[i] = HUNGRY;
  test(i);
  while (state[i] != EATING)
    pthread_cond_wait(&cond[i], &mutex);
  pthread_mutex_unlock(&mutex);
}

void putdown(int i) {
  pthread_mutex_lock(&mutex);
  state[i] = THINKING;
  test(LEFT(i));
  test(RIGHT(i));
  pthread_mutex_unlock(&mutex);
}

void think() {
  printf("Philosopher is thinking...\n");
}

void eat() {
  printf("Philosopher is eating...\n");
}

void *philosopher(void *arg) {
  int i = *(int *)arg;
  while (1) {
    think();
    pickup(i);
    eat();
    putdown(i);
  }
}

int main() {
  int i;
  pthread_t tid[N];
  int id[N];
  pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
  for (i = 0; i < N; i++) {
    state[i] = THINKING;
    pthread_cond_init(&cond[i], NULL);
    id[i] = i;
    pthread_create(&tid[i], NULL, philosopher, &id[i]);
  }
  for (i = 0; i < N; i++)
    pthread_join(tid[i], NULL);
  return 0;
}

在这个实现中，每个哲学家的状态由 state 数组来记录，0 表示思考，1 表示饥饿，2 表示就餐。pickup() 和 putdown() 函数分别用来拿起和放下筷子，并且在操作之前需要先获取互斥锁 mutex。test() 函数用来检查是否可以开始就餐。当一个哲学家拿起了两只筷子之后，他就可以开始就餐了，同时需要唤醒其他可能在等待这个筷子的哲学家。当一个哲学家放下筷子之后，也需要检查其他哲学家是否可以开始就餐，同时也需要释放互斥锁 mutex。

最后，在 main() 函数中创建 5 个线程，每个线程代表一个哲学家。在每个线程中循环执行 think()、pickup()、eat() 和 putdown() 函数。