共享内存实现的多线程计算器 描述：使用共享内存和信号量机制，实现一个多线程计算器，支持多个线程同时执行加减乘除操作，并保证数据一致性。 技能点：多线程编程、共享内存、信号量、同步机制。

要使用共享内存和信号量机制来实现一个多线程计算器，你可以按照以下步骤设计：

1. **初始化共享内存**[^1]:
创建一个全局数组或结构体，存储运算结果和必要的工作状态，这将成为各个线程之间的共享区域。

typedef struct {
    double result;
    bool operation; // 加、减、乘、除标识
} CalculatorState;

CalculatorState shared_state;

2. **信号量管理**[^2]:
使用`Semaphore`（如Pthreads库中的`semaphore_t`）来控制对共享内存的访问。当有新线程开始计算时，先获取信号量以获得使用权；完成后释放信号量，允许其他线程继续。

Semaphore *semaphore = create_semaphore(1); // 初始设置为1，表示只有一个线程能访问

void* calculator_thread(void* arg) {
    // 获取信号量
    sem_wait(semaphore);
    // 执行计算...
}

3. **多线程计算函数**:
在每个线程的`calculator_thread`函数中，读取输入、更新共享状态，完成运算后写回结果并通知其他线程。

void calculate(double a, double b, char op) {
    CalculatorState *state = &shared_state;
    
    switch (op) {
        case '+':
            state->result = a + b;
            break;
        // 其他运算符类似...
        
    }
    
    // 更新信号量，允许下一个线程访问
    sem_post(semaphore);
}

4. **同步与数据一致性**:
当两个线程同时尝试修改共享状态时，通过`synchronized`关键字或`Lock`接口（如Java中的`synchronized`或C++11后的`std::mutex`）确保并发安全。

// 示例：使用C++11 std::mutex
std::mutex mutex;
void calculate(...) {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex);
    // 在这里执行计算...
}

5. **线程启动和停止**:
主线程创建并启动所需的线程，监控它们的工作状态，当任务完成时终止线程。

for (int i = 0; i < num_threads; ++i) {
    pthread_create(&thread_ids[i], NULL, calculator_thread, NULL);
}

for (int i = 0; i < num_threads; ++i) {
    pthread_join(thread_ids[i], NULL);
}

这样就实现了基于共享内存和信号量的多线程计算器，能够保证在多线程环境下的数据一致性。注意，在实际应用中，还需要考虑异常处理和线程间的通信等问题。