编写一个编程示例，用银行家算法实现3到4个并发进程，这些进程共享10个同类不可抢占资源的情况。包括如何设计资源申请、释放以及模拟整个过程的代码。同时，请详细解释银行家算法在此场景中的工作原理。

银行家算法（Banker's Algorithm）是一个用于避免死锁的资源分配算法。在您描述的情景中，有三个或四个并发进程，每个进程都可能需要10个同类不可抢占资源。这个算法的核心思想是在满足安全性检查的情况下决定是否分配资源。

首先，我们需要定义几个数据结构来存储进程的状态和资源矩阵：

typedef struct {
    int pid; // 进程ID
    int resources[10]; // 已分配的资源数
    int max_resources[10]; // 最大需求量
    int waiting[MAX_PROCESSES]; // 阻塞队列索引
} Process;

// 资源矩阵
#define NUM_RESOURCES 10
int resource_matrix[NUM_RESOURCES][MAX_PROCESSES];

接下来，我们可以实现以下关键函数：

1. **initialize()**: 初始化进程和资源矩阵。
2. **request()**: 提交资源请求。
3. **grant()**: 根据银行家算法决定是否分配资源。
4. **release()**: 释放资源并更新状态。
5. **is_safe()**: 安全性检查函数。

**示例代码**:

void initialize(int num_processes) {
    for (int i = 0; i < num_processes; i++) {
        Process* p = &processes[i];
        p->pid = i;
        for (int j = 0; j < 10; j++) {
            p->resources[j] = 0;
            p->max_resources[j] = 0;
            resource_matrix[j][i] = 0;
        }
    }
}

bool request(Process* p, int resource_id) {
    if (p->resources[resource_id] < p->max_resources[resource_id]) {
        p->resources[resource_id]++;
        return true;
    } else {
        return false;
    }
}

void grant(Process* p, int resource_id) {
    // 银行家算法
    bool* is_safe_p = &is_safe(p);
    while (*is_safe_p && request(p, resource_id)) {
        *is_safe_p = false;
    }
}

void release(Process* p, int resource_id) {
    p->resources[resource_id]--;
    if (p->resources[resource_id] < p->max_resources[resource_id])
        grant(p, resource_id); // 如果还有其他未分配的资源，尝试重新分配
}

bool is_safe(Process* p) {
    // 检查是否有循环等待，然后计算最大剩余资源量
    // ...
    // 如果所有进程都能存活，则返回true，否则false
    // ...
}

**工作原理**:
- **初始化**: 设置进程的初始状态和资源矩阵为零。
- **request()**: 进程请求资源，如果请求数量小于最大需求则直接增加。
- **grant()**: 使用银行家算法进行安全检查。如果分配后不会导致死锁，则实际分配资源给进程，否则拒绝。
- **release()**: 当进程不再使用某资源时，减少该资源计数。如果释放后该进程仍有可用资源，尝试重新分配。
- **is_safe()**: 验证是否会发生死锁，通过检查是否有循环等待的进程组合和剩余资源是否足够满足它们的需求。如果所有进程都能存活，则进程可以继续请求。