②编写程序,使用多线程实现两个4*4行列式乘法,比较单核与多核运行时间。请你给出编程思路
时间: 2024-10-18 08:11:11 浏览: 46
《多线程与多核编程》
编写一个多线程C++程序来实现两个4x4行列式乘法,可以按照以下步骤进行:
1. **结构初始化**:
定义四个二维数组A、B、C_single和C_multi,用于存储矩阵数据。A和B作为输入矩阵,C_single用于单线程乘法的结果,而C_multi用于多线程乘法的结果。
2. **矩阵初始化**:
使用随机数填充A和B矩阵的元素,方便测试。
3. **单线程乘法**:
使用嵌套循环遍历矩阵,对每个元素进行逐元素相乘求和。这将是单线程计算的标准实现,用作基准。
4. **线程池和多线程乘法**:
创建一个线程池,对于4x4矩阵的每一行,启动一个新的线程执行`matrixMultiplyMultiThread`函数。这个函数接受行索引作为参数,仅处理对应的那一行。这样可以把4x4的工作划分为4个独立任务。
5. **线程同步**:
使用`std::thread.join()`确保所有线程完成后才会继续执行主线程的其他部分。这是因为我们希望在所有的并发计算都结束后才打印结果和时间。
6. **测量时间**:
记录开始和结束时间,计算单线程和多线程的运行时间。
7. **打印结果和时间**:
输出运行时间和矩阵乘法的结果对比。
8. **编程思路**:
- 利用模板和函数指针(如果C++11及以上)来实现通用的矩阵乘法函数,适应任意大小的矩阵。
- 使用`std::thread`库创建并管理线程,避免手动管理资源。
- 将计算任务分解为多个独立的线程任务,利用多核CPU并行计算。
以下是简化的伪代码表示:
```cpp
#include <thread>
#include <chrono>
void single_threaded_matrix_multiply(int A[4][4], int B[4][4], int result[4][4]) {
// 单线程乘法实现...
}
void multi_threaded_matrix_multiply(int A[4][4], int B[4][4], int result[4][4], int row) {
for (int j = 0; j < 4; ++j) {
result[row][j] = 0;
for (int k = 0; k < 4; ++k) {
result[row][j] += A[row][k] * B[k][j];
}
}
}
int main() {
int A[4][4], B[4][4], C_single[4][4], C_multi[4][4];
// 初始化矩阵...
auto start_single = std::chrono::high_resolution_clock::now();
single_threaded_matrix_multiply(A, B, C_single);
auto end_single = std::chrono::high_resolution_clock::now();
double time_single = std::chrono::duration_cast<std::chrono::seconds>(end_single - start_single).count();
std::vector<std::thread> threads(4); // 4个线程对应4行
auto start_multi = std::chrono::high_resolution_clock::now();
for (int i = 0; i < 4; ++i) {
threads[i] = std::thread(multi_threaded_matrix_multiply, A, B, C_multi, i);
}
for (auto& t : threads) {
t.join(); // 等待所有线程完成
}
auto end_multi = std::chrono::high_resolution_clock::now();
double time_multi = std::chrono::duration_cast<std::chrono::seconds>(end_multi - start_multi).count();
// 输出结果和时间
// ...
return 0;
}
```
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