创建进程，设计信号量同步机制，实现多线程同步 - C语言版

• 环境：Windows11
• 编译器：Visual Studio 2019
  
  

相关头文件：

#include <windows.h>
#include <stdio.h>

相关函数：

1. 睡眠等待函数：Sleep(int millisecond);
   睡眠等待一定时间，会造成OS重新调度其它的线程运行

Sleep(10);   //当前线程睡眠10毫秒后重新执行

2. 创建进程

CreateProcess(LPSECURITY_ATTRIBUTES // 是否继承进程句柄LPSECURITY_ATTRIBUTES //是否继承线程句柄BOOL bInheritHandles //是否继承句柄DWORD dwCreationFlags //有没有创建标志LPVOID lpEnvironment // 是否使用父进程环境变量LPCTSTR lpCurrentDirectory //使用父进程目录作为当前目录，可以自己设置目录LPSTARTUPINFO lpStartupInfo //STARTUPINFOW结构体详细信息（启动状态相关信息）LPPROCESS_INFORMATION //PROCESS_INFORMATION结构体进程信息
);

3. 启动线程：CreateThread(ThreadAttribures, stack_size, ThreadFunctionAddress, Parameters, CreationFlags, ThreadID);

HANDLE t1 = CreateThread(NULL,0,Func,NULL,0,&ThreadID);

4. 定义信号量：Semaphore

HANDLE sema;

5. 创建信号量：CreateSemaphore(Attributes,InitialCount, MaxCount, SemaphoreID);

sema = CreateSemaphore(NULL, 0, 1, NULL);

6. 申请访问信号量：WaitForSingleObject(HANDLE, millisecond);
   调用该函数后，如果信号量为0，则线程阻塞；否则信号量当前值减1，然后继续执行下一行语句；

WaitForSingleObject(sema,INFINITE);

7. 释放信号量：ReleaseSemaphore(HANDLE, releaseCount, *PreviousCount);
   调用该函数后，信号量当前值加上releastCount，然后继续执行下一行语句；

ReleaseSemaphore(sema,1,NULL);    //信号量加1

--- 1. 在程序中根据用户输入的可执行程序名称，创建一个进程来运行该可执行程序。 ```c #define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS #include #include

int main() {
// 定义和初始化STARTUPINFO 和 PROCESS_INFROMATION结构体
STARTUPINFO si;
PROCESS_INFORMATION pi;
ZeroMemory(&si, sizeof(si)); // 将 si 结构体的内存置零，确保其中没有任何残留数据
si.cb = sizeof(si); // 表示结构体的大小
ZeroMemory(&pi, sizeof(pi));

char name[100]; // 接收文件名
char path[100]; // 完整路径
wchar_t wpath[200]; // 宽字符路径printf("Please input program to run: ");
scanf("%99s", name);// 将基础路径拷贝到 path 中
strcpy(path, "C:\\Windows\\System32\\");// 拼接文件名到路径
strcat(path, name);mbstowcs(wpath, path, sizeof(wpath) / sizeof(wchar_t));// 创建进程
if (!CreateProcess(wpath,  // 文件路径NULL, // 命令行参数NULL, // 默认安全属性NULL, // 默认安全属性FALSE, // 不继承句柄0, // 默认创建标志NULL, // 使用父进程的环境变量NULL, // 使用父进程的当前目录&si, // 启动信息&pi) // 进程信息) {printf("创建进程失败\n");return -1;
}// 等待进程结束
WaitForSingleObject(pi.hProcess, INFINITE);
// 关闭进程和线程句柄
CloseHandle(pi.hProcess);
CloseHandle(pi.hThread);return 0;

}

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> **个人问题记录：**起初测试CreateProcess函数是否正确传参时发现该函数不兼容char *类型
![](https://img2024.cnblogs.com/blog/3531058/202410/3531058-20241009001909402-1354116522.png)- 在 Windows API 中，使用 Unicode 字符串时，需要使用 L 前缀来定义宽字符字符串：
![](https://img2024.cnblogs.com/blog/3531058/202410/3531058-20241009001934208-364686058.png)
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2. 假设有四个线程，第一个线程输出字符串 “This”，第二个线程输出字符串 “is”, 第三个线程输出字符串“Jinan”, 第四个线程输出字符串 “University！”。编制C/C++程序，在主程序main函数中创建四个线程并依次启动，设计信号量(Semaphore)同步机制，当主程序运行时，屏幕输出的结果是字符串“This is Jinan University!” 
```c
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <windows.h>
#include <stdio.h>HANDLE sema;  // 定义信号量
const char* words[] = { "This", "is", "Jinan", "University!" };DWORD WINAPI ThreadFunction(LPVOID lpParam) {// 申请访问信号量WaitForSingleObject(sema, INFINITE);int threadNum = *((int*)lpParam);printf("%s ", words[threadNum - 1]);// 释放信号量ReleaseSemaphore(sema, 1, NULL);return 0;
}
int main() {HANDLE threads[4]; // 存储线程句柄的数组DWORD threadID;// 创建信号量，初始计数为0，最大计数为1sema = CreateSemaphore(NULL, 0, 1, NULL);if (sema == NULL) {printf("创建信号量失败\n");return 1;}// 创建并启动线程for (int i = 0; i < 4; i++) {int* pNum = (int*)malloc(sizeof(int)); // 为每个线程分配内存*pNum = i + 1; // 设置线程编号threads[i] = CreateThread(NULL,               // 默认安全属性0,                  // 默认堆栈大小ThreadFunction,     // 线程函数的地址pNum,                 // 传递线程编号0,                  // 默认创建标志&threadID           // 线程标识符);if (threads[i] == NULL) {printf("线程 %d 启动失败\n", i + 1);return 1;}// 释放信号量Sleep(100);ReleaseSemaphore(sema, 1, NULL);}// 等待所有线程完成WaitForMultipleObjects(4, threads, TRUE, INFINITE);// 关闭线程句柄for (int i = 0; i < 4; i++) {CloseHandle(threads[i]);}// 关闭信号量句柄CloseHandle(sema);return 0;
}

个人问题记录：

输出threadNum时，发现for循环里每个输出的threadNum都是4

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <windows.h>
#include <stdio.h>HANDLE sema;  // 定义信号量DWORD WINAPI ThreadFunction(LPVOID lpParam) {// 申请访问信号量WaitForSingleObject(sema, INFINITE);int threadNum = *((int*)lpParam);printf("%d\n", threadNum);// 释放信号量ReleaseSemaphore(sema, 1, NULL);return 0;
}
int main() {HANDLE threads[4]; // 存储线程句柄的数组DWORD threadID;// 创建信号量，初始计数为0，最大计数为1sema = CreateSemaphore(NULL, 0, 1, NULL);if (sema == NULL) {printf("创建信号量失败\n");return 1;}// 创建并启动线程for (int i = 0; i < 4; i++) {threads[i] = CreateThread(NULL,               // 默认安全属性0,                  // 默认堆栈大小ThreadFunction,     // 线程函数的地址&i,                 // 传递线程编号0,                  // 默认创建标志&threadID           // 线程标识符);if (threads[i] == NULL) {printf("线程 %d 启动失败\n", i + 1);return 1;}// 释放信号量ReleaseSemaphore(sema, 1, NULL);}// 等待所有线程完成WaitForMultipleObjects(4, threads, TRUE, INFINITE);// 关闭线程句柄for (int i = 0; i < 4; i++) {CloseHandle(threads[i]);}// 关闭信号量句柄CloseHandle(sema);return 0;
}

• 因为传递给线程函数的参数是变量 i 的地址，而在循环中 i 是递增的。所有线程都在共享同一个 i 的地址，所以当所有线程运行时，它们都看到的是 i 的最终值——即循环结束后 i 的值是 4
• 应该为每个线程分配内存：int* pNum = (int*)malloc(sizeof(int));
  
  
  

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3. 基于实验题目2，在主函数中依次启动四个线程，修改主程序，使得给定用户任意输入的整数n，程序输出n个同样的字符串“This is Jinan University!”

在题目2的基础上套一层for循环即可

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <windows.h>
#include <stdio.h>HANDLE sema;  // 定义信号量
const char* words[] = { "This", "is", "Jinan", "University!" };DWORD WINAPI ThreadFunction(LPVOID lpParam) {// 申请访问信号量WaitForSingleObject(sema, INFINITE);int threadNum = *((int*)lpParam);printf("%s ", words[threadNum - 1]);// 释放信号量ReleaseSemaphore(sema, 1, NULL);return 0;
}int main() {int n;printf("n = ");scanf("%d", &n);for (int k = 0; k < n; k++) {HANDLE threads[4]; // 存储线程句柄的数组DWORD threadID;// 创建信号量，初始计数为0，最大计数为1sema = CreateSemaphore(NULL, 0, 1, NULL);if (sema == NULL) {printf("创建信号量失败\n");return 1;}// 创建并启动线程for (int i = 0; i < 4; i++) {int* pNum = (int*)malloc(sizeof(int)); // 为每个线程分配内存*pNum = i + 1; // 设置线程编号threads[i] = CreateThread(NULL,               // 默认安全属性0,                  // 默认堆栈大小ThreadFunction,     // 线程函数的地址pNum,                 // 传递线程编号0,                  // 默认创建标志&threadID           // 线程标识符);if (threads[i] == NULL) {printf("线程 %d 启动失败\n", i + 1);return 1;}// 释放信号量Sleep(100);ReleaseSemaphore(sema, 1, NULL);}// 等待所有线程完成WaitForMultipleObjects(4, threads, TRUE, INFINITE);// 关闭线程句柄for (int i = 0; i < 4; i++) {CloseHandle(threads[i]);}// 关闭信号量句柄CloseHandle(sema);printf("\n");}return 0;
}