如何利用C++编写一个模块化的哲学家进餐问题程序，同时实现进程同步、互斥及死锁的避免？

哲学家进餐问题要求我们设计一个既能够实现多线程（或进程）同步和互斥，又要避免死锁的程序。在C++中，这通常通过信号量机制来实现。首先，你应当熟悉C++中实现同步的工具，如POSIX线程库中的semaphore，以及如何使用它们来控制线程的执行顺序。

参考资源链接：[C++实现哲学家进餐问题：进程同步与互斥](https://wenku.csdn.net/doc/bmmvvisumx?spm=1055.2569.3001.10343)

一个有效的解决方案是利用信号量对每个哲学家的左右筷子进行互斥控制。每个哲学家都尝试先获取左右两边的信号量（即筷子），只有当左右信号量均可用（即筷子均未被占用）时，哲学家才开始进餐，并在进餐后释放信号量。这可以通过P操作（等待）和V操作（信号）来完成。

此外，为了避免死锁，可以采取一些策略，如随机选取一边筷子的顺序进行尝试，或者引入服务员角色来控制哲学家拿取筷子的顺序。

以下是实现哲学家进餐问题的基本框架代码（示例代码略）：

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

#define NUM_PHILOSOPHERS 5

// 哲学家状态的枚举
enum PhilosopherState {
    THINKING, HUNGRY, EATING
};

// 哲学家结构体
struct Philosopher {
    int id;
    enum PhilosopherState state;
    pthread_t thread;
    sem_t leftFork;
    sem_t rightFork;
};

// 信号量数组
sem_t forks[NUM_PHILOSOPHERS];

// 哲学家函数
void *philosopher(void *arg) {
    struct Philosopher *philosopher = (struct Philosopher *)arg;
    while (true) {
        think(philosopher);
        takeForks(philosopher);
        eat(philosopher);
        putForks(philosopher);
    }
}

// 实现哲学家思考的函数
void think(struct Philosopher *philosopher) {
    // 哲学家思考代码（示例略）
}

// 实现哲学家拿起筷子的函数
void takeForks(struct Philosopher *philosopher) {
    // 尝试拿起左右两边的筷子（示例略）
}

// 实现哲学家吃饭的函数
void eat(struct Philosopher *philosopher) {
    // 哲学家吃饭代码（示例略）
}

// 实现哲学家放下筷子的函数
void putForks(struct Philosopher *philosopher) {
    // 放下筷子代码（示例略）
}

// 主函数
int main() {
    // 初始化信号量，创建线程等（示例略）
}

为了深入理解进程同步与互斥的原理，并掌握如何在实际编程中应用，你应当仔细阅读《C++实现哲学家进餐问题：进程同步与互斥》这份课程设计报告。这份资料详细介绍了设计目标、要求、设计思路、相关知识、数据结构与模块说明、源代码、测试结果和课设总结。通过这份资料，你将能够更好地理解哲学家进餐问题的解决方案，并掌握相关的编程技巧，为未来的操作系统课程设计打下坚实的基础。

参考资源链接：[C++实现哲学家进餐问题：进程同步与互斥](https://wenku.csdn.net/doc/bmmvvisumx?spm=1055.2569.3001.10343)