用C语言编程实现生产者-消费者问题

生产者-消费者问题是经典的问题，用于演示线程同步和互斥访问的概念。在C语言中，可以使用互斥锁（mutex）、条件变量（condition variable）等并发控制工具来解决。下面是一个简化的生产者-消费者模型的基本示例：

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

#define BUFFER_SIZE 5
#define NUM_PRODUCERS 2
#define NUM_CONSUMERS 3

int buffer[BUFFER_SIZE] = {0};
int count = 0;
int producer_flag = 0;
int consumer_flag = 0;
pthread_mutex_t mutex; // 互斥锁
pthread_cond_t producer_cv; // 生产者条件变量
pthread_cond_t consumer_cv; // 消费者条件变量

void *producer(void *arg) {
    while (1) {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        while (count == BUFFER_SIZE) { // 如果缓冲区满，则等待
            pthread_cond_wait(&producer_cv, &mutex);
        }
        buffer[count++] = ++producer_flag; // 生产数据并更新计数
        printf("Producer produced %d\n", producer_flag);
        pthread_cond_signal(&consumer_cv); // 醒通知消费者有新的数据
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }
    return NULL;
}

void *consumer(void *arg) {
    while (1) {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        while (count == 0) { // 如果缓冲区空，则等待
            pthread_cond_wait(&consumer_cv, &mutex);
        }
        int data = buffer[--count]; // 消费数据并更新计数
        printf("Consumer consumed %d\n", data);
        pthread_cond_signal(&producer_cv); // 醒通知生产者缓冲区有空间
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t producers[NUM_PRODUCERS], consumers[NUM_CONSUMERS];
    for (int i = 0; i < NUM_PRODUCERS; i++) {
        pthread_create(&producers[i], NULL, producer, NULL);
    }
    for (int j = 0; j < NUM_CONSUMERS; j++) {
        pthread_create(&consumers[j], NULL, consumer, NULL);
    }

    // 等待所有线程结束
    for (int k = 0; k < NUM_PRODUCERS + NUM_CONSUMERS; k++) {
        pthread_join(producers[k], NULL);
        pthread_join(consumers[k], NULL);
    }

    return 0;
}

在这个例子中，生产者和消费者分别通过互斥锁保护对缓冲区的操作，并通过条件变量进行同步。当生产者发现缓冲区满时会等待，而消费者发现缓冲区空时也会等待。当资源可用时，相应的操作就会继续。