pthread 线程池实现快速排序并计时 c++

时间: 2023-09-18 13:11:34 浏览: 61
下面是使用 pthread 线程池实现快速排序并计时的 C 代码,其中线程池的实现使用了一个队列: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <pthread.h> #include <unistd.h> #include <sys/time.h> #define MAX_THREADS 4 typedef struct thread_pool { pthread_t *threads; int thread_count; int queue_size; int *queue; int head; int tail; pthread_mutex_t lock; pthread_cond_t empty; pthread_cond_t full; int shutdown; } thread_pool_t; typedef struct quicksort_args { int *arr; int left; int right; } quicksort_args_t; thread_pool_t thread_pool_create(int thread_count, int queue_size); void *thread_pool_work(void *thread_pool_); void thread_pool_add_work(thread_pool_t *thread_pool_, int work); int thread_pool_get_work(thread_pool_t *thread_pool_); void thread_pool_destroy(thread_pool_t *thread_pool_); void quicksort(int *arr, int left, int right); void *quicksort_thread(void *args_); int main() { int n, i; struct timeval start, end; double time_used; printf("Enter number of elements: "); scanf("%d", &n); int *arr = (int*)malloc(n * sizeof(int)); printf("Enter %d integers:\n", n); for(i = 0; i < n; ++i) { scanf("%d", &arr[i]); } thread_pool_t thread_pool = thread_pool_create(MAX_THREADS, n); gettimeofday(&start, NULL); quicksort_args_t args = {arr, 0, n-1}; thread_pool_add_work(&thread_pool, (int)&args); while(thread_pool.head != thread_pool.tail); gettimeofday(&end, NULL); time_used = (end.tv_sec - start.tv_sec) + (end.tv_usec - start.tv_usec) / 1000000.0; printf("Sorted array:\n"); for(i = 0; i < n; ++i) { printf("%d ", arr[i]); } printf("\nTime used: %lf seconds\n", time_used); free(arr); thread_pool_destroy(&thread_pool); return 0; } thread_pool_t thread_pool_create(int thread_count, int queue_size) { thread_pool_t thread_pool; int i; thread_pool.thread_count = thread_count; thread_pool.queue_size = queue_size; thread_pool.queue = (int*)malloc(queue_size * sizeof(int)); thread_pool.head = 0; thread_pool.tail = 0; thread_pool.shutdown = 0; pthread_mutex_init(&thread_pool.lock, NULL); pthread_cond_init(&thread_pool.empty, NULL); pthread_cond_init(&thread_pool.full, NULL); thread_pool.threads = (pthread_t*)malloc(thread_count * sizeof(pthread_t)); for(i = 0; i < thread_count; ++i) { pthread_create(&thread_pool.threads[i], NULL, thread_pool_work, (void*)&thread_pool); } return thread_pool; } void thread_pool_add_work(thread_pool_t *thread_pool_, int work) { pthread_mutex_lock(&thread_pool_->lock); while(thread_pool_->tail == thread_pool_->queue_size && !thread_pool_->shutdown) { pthread_cond_wait(&thread_pool_->full, &thread_pool_->lock); } if(thread_pool_->shutdown) { pthread_mutex_unlock(&thread_pool_->lock); return; } thread_pool_->queue[thread_pool_->tail++] = work; pthread_cond_signal(&thread_pool_->empty); pthread_mutex_unlock(&thread_pool_->lock); } int thread_pool_get_work(thread_pool_t *thread_pool_) { int work = -1; pthread_mutex_lock(&thread_pool_->lock); while(thread_pool_->head == thread_pool_->tail && !thread_pool_->shutdown) { pthread_cond_wait(&thread_pool_->empty, &thread_pool_->lock); } if(thread_pool_->shutdown) { pthread_mutex_unlock(&thread_pool_->lock); return work; } work = thread_pool_->queue[thread_pool_->head++]; pthread_cond_signal(&thread_pool_->full); pthread_mutex_unlock(&thread_pool_->lock); return work; } void thread_pool_destroy(thread_pool_t *thread_pool_) { int i; thread_pool_->shutdown = 1; pthread_cond_broadcast(&thread_pool_->empty); pthread_cond_broadcast(&thread_pool_->full); for(i = 0; i < thread_pool_->thread_count; ++i) { pthread_join(thread_pool_->threads[i], NULL); } free(thread_pool_->queue); free(thread_pool_->threads); pthread_mutex_destroy(&thread_pool_->lock); pthread_cond_destroy(&thread_pool_->empty); pthread_cond_destroy(&thread_pool_->full); } void *thread_pool_work(void *thread_pool_) { int work; while((work = thread_pool_get_work((thread_pool_t*)thread_pool_)) != -1) { quicksort_args_t *args = (quicksort_args_t*)work; quicksort(args->arr, args->left, args->right); free(args); } pthread_exit(NULL); } void quicksort(int *arr, int left, int right) { if(left < right) { int pivot = arr[left]; int i = left, j = right; while(i < j) { while(i < j && arr[j] >= pivot) { --j; } if(i < j) { arr[i++] = arr[j]; } while(i < j && arr[i] < pivot) { ++i; } if(i < j) { arr[j--] = arr[i]; } } arr[i] = pivot; quicksort_args_t *args1 = (quicksort_args_t*)malloc(sizeof(quicksort_args_t)); args1->arr = arr; args1->left = left; args1->right = i-1; quicksort_args_t *args2 = (quicksort_args_t*)malloc(sizeof(quicksort_args_t)); args2->arr = arr; args2->left = i+1; args2->right = right; thread_pool_add_work(&thread_pool, (int)args1); thread_pool_add_work(&thread_pool, (int)args2); } } void *quicksort_thread(void *args_) { quicksort_args_t *args = (quicksort_args_t*)args_; quicksort(args->arr, args->left, args->right); free(args); pthread_exit(NULL); } ``` 其中,`thread_pool_create()` 函数用于创建线程池,`thread_pool_add_work()` 函数用于向线程池中添加任务,`thread_pool_get_work()` 函数用于从线程池中取出任务,`thread_pool_destroy()` 函数用于销毁线程池。`quicksort()` 函数用于实现快速排序,其中在递归调用时将新的任务加入到线程池中。`quicksort_thread()` 函数是 `quicksort()` 函数在新线程中的入口点函数。 在 `main()` 函数中,首先读入要排序的数字序列,然后创建线程池,将要排序的序列整体作为一个任务加入到线程池中,最后等待线程池中所有任务完成后输出排序结果和用时,并销毁线程池。 需要注意的是,这个实现中并没有对线程池中的线程进行平衡负载,即没有考虑任务的大小或者复杂度,而是简单地将任务按顺序插入队列,这可能会导致线程池中的某些线程忙碌,而其它线程处于饥饿状态的情况。如果需要更好的负载均衡,可以考虑使用更高级的线程池实现。

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